СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОЖАРОВ ВНУТРИ ГЕРМЕТИЧНЫХ ОБИТАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОДВОДНЫХ ЛОДОК, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК A62C3/00 A62C2/00 

Изобретение относится к области средств обеспечения пожаробезопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов, в том числе защищенных командных пунктов, производственных лабораторных и складских помещений и т.п.

Повышение пожаробезопасности подводных лодок (далее - ПЛ) и других герметичных обитаемых объектов является актуальной научно-технической задачей, решение которой может уменьшить риск гибели людей и техники.

В последние годы широко исследуется возможность создания на ПЛ газовоздушных сред, обеспечивающих уменьшение вероятности возгорания и пожара вследствие уменьшения содержания в них кислорода, т.е. создание гипоксических газовоздушных сред (далее - ГГВС).

Известны способы и устройства для повышения пожаробезопасности помещений и хранилищ пожароопасных предметов за счет создания в них газовоздушных сред с пониженным содержанием кислорода до значений 8% от объема (далее - об.%) путем их разбавления инертным газом. В настоящее время они стали использоваться для обеспечения пожаробезопасности музейных хранилищ, фондохранилищ библиотек, складов особо пожароопасных технических сред и средств, зернохранилищ и т.п. (см., например, статью «Газовое пожаротушение» по ссылке в сети Интернет http://os-info.ru/pojarotuschenie/gazovoe-pozharotushenie.html, а также ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования; Обеспечение пожарной безопасности силосов и бункеров на предприятиях по хранению и переработке зерна, http://www.ktm-star.com/katalog/pogamaya-bezopasnost.html).

Описанные в этих источниках устройства представляют собой либо баллоны с азотом, системой контроля среды и регулирования подачи, или генераторы азота, как в статье «Установки азотного пожаротушения» (см. по ссылке в Интернет http://www.grasys.ru/products/gas/fire/), которые извлекают его из окружающего атмосферного воздуха и далее подают в помещение нужное его количество для поддержания определенного состава среды.

Однако очевидно, что такие средства повышения пожаробезопасности применимы только для герметизированных помещений и хранилищ, которые, в то же время, имеют техническую возможность связи их объемов с атмосферным воздухом, например, для обогащения ГГВС кислородом или азотом из внешней атмосферы или, наоборот, их стравливания в атмосферу. Кроме того, в процессе хранения пожароопасных объектов в охраняемых помещениях не предполагается присутствие людей, для которых указанное выше содержание кислорода может оказаться смертельным, т.е. такие способы не предназначены, например, для использования в салонах самолетов, космических объектов, на подводных лодках.

Известен способ создания условий для жизнедеятельности человека в гермообъекте по патенту РФ №2138421, МПК B63C 11/00, B63C 11/36, опубл. 27.09.1999 г. Согласно способу, для повышения пожаробезопасности ПЛ предлагается использовать кислородно-азотную среду с содержанием кислорода 14±1 об.% и поддержанием повышенного давления воздушной среды таким образом, чтобы парциальное давление кислорода в среде соответствовало нормоксическому и составляло 20-21 кПа, что необходимо, чтобы предотвратить гипоксическое состояние членов экипажа. Давление воздушной среды ПЛ при этом будет соответствовать 150 кПа, то есть почти в 1,5 раза выше нормального атмосферного давления.

Недостатком этого способа является необходимость повышения давления в герметичном помещении ПЛ выше уровня, допустимого для большинства корабельного оборудования, которое составляет от 1,3 до 1,6 нормального для основных технических средств. Например, для турбины предельное рабочее давление составляет 1,4 нормального, а для системы регенерации воздуха - 1,3. Недостатком способа также можно считать необходимость проведения декомпрессии экипажа после периода автономного плавания, которое для современных ПЛ составляет от 60 до 90 суток.

Известна также гипоксическая система подавления огня и предупреждения пожара по патенту Норвегии № NO 20024955 (А), МПК A62C 2/00; A62C 3/00; A62C 99/00; A62D 1/00; A62D 1/02; B01D 53/02, опубл. 05.12.2002 г., согласно которому предлагается использовать для всех обитаемых объектов и ПЛ систему предупреждения и ликвидации пожаров при стандартном атмосферном давлении, в которой подается огнетушащий состав смеси азота и кислорода с содержанием кислорода от 12 до 17 об.% с возможным добавлением диоксида углерода.

Основным недостатком при реализации этого способа для герметичных ПЛ является то, что при подаче смеси азота и кислорода, с процентным содержанием кислорода от 12 об.%, в ПЛ будет происходить понижение концентрации кислорода до значений, препятствующих горению, с одновременным повышением давления выше допустимого для корабельного оборудования. Так, для достижения в воздушной среде концентрации кислорода в 14 об.%, при которой невозможно самоподдерживающееся горение большинства основных корабельных материалов, являющихся потенциальными источниками возгорания и распространения пожара на ПЛ, придется повысить давление в герметичном помещении в 2,3 раза до 232 кПа. При таком давлении практически все корабельное оборудование откажет, а экипажу после работы в этих условиях в течение автономного плавания потребуется проведение длительной декомпрессии. Кроме того, предложенный способ не устанавливает допустимые временные пределы пребывания экипажа в создаваемых условиях без ущерба для здоровья.

Известен также способ повышения пожаробезопасности ПЛ путем осуществления контроля предпожарных состояний воздушной среды, технических средств и оборудования - источников пожарной опасности. Такой контроль называется предаварийным, а средствами для его осуществления являются датчики, приборы, системы предаварийного контроля (см., например, Абакумов В.П., Петров В.А., Концептуальные основы ПАРГК на кораблях. Материалы 33 и межвузовской конференции «Методы и аппаратура сверхраннего обнаружения предпожароопасного состояния…», СПб, ВВМИУ, 1997 г.).

Предаварийный контроль (ПАК) проводится с целью предупреждения бесконтрольного перехода источников взрывопожарной и других видов опасности в предаварийное состояние.

Для проведения предаварийного (предпожарного) контроля осуществляют идентификацию предаварийного состояния источников пожарной опасности по изменению параметров физических полей оборудования и параметров внутренней среды корабля и подготовку проектов решений по предотвращению аварии.

Теоретическую основу ПАК составляют закономерности формирования и проявления параметров физических полей оборудования ПЛ и параметров внутренней среды корабля при предаварийных (предпожарных) состояниях источников опасности.

Предаварийный (предпожарный) контроль реализуется на стадии накопления предпосылок для возгорания и пожара, которые возникают лишь при появлении достаточно редкого инициирующего события. Датчики и системы предаварийного контроля отслеживают появление в воздушной среде реперных (характерных) веществ и характеристическое изменение параметров технических средств и оборудования ПЛ, газовоздушной среды и физических полей, которые свидетельствуют о предаварийном состоянии оборудования.

В качестве реперов могут быть использованы продукты термодеструкции корабельных конструкционных неметаллических материалов, высокодисперсные аэрозоли, радиационные тепловые поля и др. (см., например, Абакумов В.П., Петров В.А., К вопросу о реперах предаварийного состояния источников опасности, Материалы научно-практической конференции «Актуальные проблемы обитаемости и медицинского обеспечения личного состава ВМФ», 1 ЦНИИ МО РФ, СПб. 2004 г.).

При этом следует подчеркнуть, что речь идет об организации контроля на этапах работоспособного состояния источников опасности, т.е. до появления отказов контролируемого оборудования, в условиях, когда заданный уровень его функционирования по основному назначению еще обеспечивается.

Поскольку стадия накопления предпосылок для возгорания и пожара может протекать довольно долго, то предаварийный (предпожарный) контроль является эффективной мерой своевременного обнаружения и ликвидации неисправностей и отклонений в регламенте эксплуатации, и, тем самым, предотвращения накопления условий, способных при определенном сочетании с инициирующим событием привести к пожару.

При этом в тех случаях, когда избежать возгорания или пожара по тем или иным причинам все-таки не удается, персонал будет иметь определенное время для принятия необходимых мер для предотвращения или смягчения их последствий.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является Многостадийный способ инертизации (т.е. пожаротушения с применением инертных газов) для предотвращения и тушения пожаров в закрытых помещениях по патенту РФ №2405605, МПК A62C 3/00, A62C 99/00, опубл. 10.12.2010 г., при котором концентрацию кислорода внутри закрытого помещения сначала понижают до некоторого уровня базовой инертизации, а затем непрерывно поддерживают на этом уровне базовой инертизации. Согласно изобретению предусматривается, что, в случае возникновения пожара внутри закрытого помещения, концентрацию кислорода дополнительно понижают от упомянутого уровня базовой инертизации до некоторого первого пониженного уровня и непрерывно поддерживают на этом первом пониженном уровне в течение некоторого первого предварительно заданного периода времени, а затем, в случае, если по истечении упомянутого первого предварительно заданного периода времени пожар не ликвидирован, концентрацию кислорода дополнительно понижают от упомянутого первого пониженного уровня до уровня полной инертизации.

Для реализации данного способа может быть использовано оборудование, описанное, например, в патенте РФ №2212262, МПК A62C 2/00, опубл. 20.09.2003, принятом за прототип устройства, включающее датчик измерения содержания кислорода в контролируемом пространстве, датчик обнаружения пожара для выявления характеристик пожара в атмосфере контролируемого пространства, систему получения инертного газа, например, азота, систему подачи инертного газа или смеси инертных газов в контролируемое закрытое пространство, блок управления системой, предохранительную, перепускную и регулирующую арматуру, клапанный блок.

Указанный способ предотвращения пожара внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, а также соответствующее устройство для его применения предполагают регулирование инертным газом уровня инертизации только после обнаружения факта пожара или начала пожара по характеристическому пожарному параметру, что не дает возможности не допускать возникновения пожара. Кроме того, этот способ не принимает во внимание совместное влияние времени и уровня инертизации на физиологическое состояние находящихся в помещении людей, не рассматривает допустимые временные пределы пребывания экипажа в создаваемых условиях, а также предлагает для поддержания нужного уровня инертизации добавление воздуха из внешней среды, что невозможно для условий подводной лодки и т.п. объектов. Кроме того, данный способ не учитывает изменение давления при понижении или повышении концентрации кислорода и влияние этого фактора на состояние организма человека и размещенного в помещении оборудования. В указанном способе также не рассматривается возможность регулирования параметров среды в смежных помещениях объекта, что особенно важно для герметичных обитаемых объектов, состоящих из более чем одного помещения.

Заявленное изобретение решает следующие задачи:

- не допустить пожар или возгорание на борту ПЛ, в особенности в подводном положении;

- обеспечить длительную работу экипажа в течение 60-90 суток в условиях ГТВС без значимого снижения работоспособности и ущерба здоровью;

- обеспечить длительную работу экипажа в условиях ГГВС при отсутствии необходимости мероприятий по последующей декомпрессии;

- обеспечить сохранение основных режимов функционирования ПЛ и сохранение работоспособности оборудования ПЛ.

Техническим результатом от реализации заявленного изобретения является повышение пожаробезопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов путем создания в них и регулирования параметров гипоксических газовоздушных сред, обеспечивающих уменьшение вероятности возгорания и пожара вследствие уменьшения процентного объемного содержания в них кислорода и регулирования других параметров ГГВС по сигналу предаварийного предпожарного контроля, а также создание условий для нормальной жизнедеятельности экипажа ПЛ и сохранения работоспособности оборудования в условиях длительного автономного плавания.

Для достижения этого технического результата в способе предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, включающем понижение концентрации кислорода внутри каждого закрытого помещения герметичного объекта до установленного уровня и поддержание ее на этом уровне, согласно изобретению, внутри каждого закрытого помещения герметичного объекта формируют гипоксическую газовоздушную среду с установленным начальным пониженным содержанием кислорода при нормальном давлении ГВС, причем содержание кислорода устанавливают в зависимости от типа герметичного помещения, обусловленного временем нахождения и интенсивностью работы членов экипажа в нем, одновременно осуществляют контроль и идентификацию состояния источников пожарной опасности путем измерения в непрерывном режиме либо через предварительно заданные промежутки времени по меньшей мере одного характеристического параметра предаварийного предпожарного состояния контролируемых воздушной среды, технических средств или оборудования, в случае поступления сигнала о достижении или превышении установленных значений по меньшей мере одного характеристического параметра предаварийного предпожарного состояния контролируемых газовоздушной среды, технических средств или оборудования, регулируют содержание кислорода и давление гипоксической газовоздушной среды в герметичном помещении путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа до значений концентраций и давления, предписанных для данного помещения и обеспечивающих предотвращение или уменьшение вероятности возгорания технических средств и оборудования, на заданный промежуток времени, в течение которого нахождение внутри герметичного помещения безопасно для экипажа и оборудования, и после проведения мероприятий по поиску причин и источника появления сигнала о предаварийном предпожарном состоянии и его ликвидации восстанавливают начальное заданное значение содержания кислорода при нормальном давлении ГВС для каждого закрытого помещения герметичного объекта.

При этом по времени пребывания герметичные помещения ПЛ разделяют на эпизодически посещаемые, периодически посещаемые, с постоянной вахтой до 4 часов, с постоянной вахтой до 10-14 часов и постоянного пребывания.

Кроме того, для герметичных помещений объекта в качестве начальных значений содержания кислорода при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°C устанавливают следующие:

- для эпизодически посещаемых герметичных помещений - не менее 12 об.%;

- для периодически посещаемых помещений - не менее 14 об.%;

- с постоянной вахтой продолжительностью до 4 часов - не менее 16 об.%;

- с постоянной вахтой продолжительностью 10-14 часов - не менее 18 об.%;

- для помещений постоянного пребывания - не менее 19 об.%.

Кроме того, регулирование гипоксической газовоздушной среды в герметичных помещениях объекта осуществляют в течение заданного промежутка времени, достаточного для выявления и ликвидации причин предаварийного предпожарного состояния оборудования.

После регулирования гипоксической газовоздушной среды в герметичных помещениях объекта путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа устанавливают следующие значения концентрации кислорода на заданное время:

- для эпизодически посещаемых герметичных помещений - до 10 об.%;

- в периодически посещаемых помещениях и помещениях с постоянной вахтой продолжительностью до 4 часов - до 12 об.%;

- в помещениях с постоянной вахтой продолжительностью 10-14 часов и в помещениях постоянного пребывания - до 14 об.%.

Кроме того, в процессе регулирования гипоксической газовоздушной среды в герметичном помещении объекта путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа значения давления ГВС повышают на допустимое заданное время от нормального атмосферного до значений давления, не превышающих пределы функционирования оборудования, размещенного в герметичном помещении объекта.

Кроме того, в процессе регулирования гипоксической газовоздушной среды в герметичных помещениях объекта путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа значения давления ГВС устанавливают на допустимое заданное время от нормального атмосферного до значений давления, не требующих дальнейшего проведения декомпрессии членов экипажа.

Кроме того, в процессе регулирования гипоксической газовоздушной среды в герметичных помещениях объекта, сохраняют начальные парциальные давления кислорода, установленные для помещений до регулирования, путем повышения общего давления гипоксической газовой среды в помещениях на допустимое заданное время, от нормального атмосферного до значений давления, определяемых пределом функционирования оборудования, размещенного в каждом герметичном помещении объекта, и не требующих дальнейшего проведения декомпрессии членов экипажа.

Кроме того, восстановление начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды производят путем регулирования процентного объемного содержания кислорода и его парциального давления.

Кроме того, восстановление начальных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды производят через установленное заданное время, достаточное для выявления и ликвидации причин предаварийного предпожарного состояния технических средств и оборудования, после проверки отсутствия сигнала о предаварийном предпожарном состоянии контролируемых газовоздушной среды, технических средств или оборудования.

Кроме того, восстановление начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды производят путем разделения ГВС на кислород и азот или инертный газ, компримирования азота или инертного газа в соответствующий узел баллонов с азотом или инертным газом, компримирования ГВС в узел баллонов воздуха высокого давления, добавления кислорода из узла баллонов с кислородом, удаления из ГВС оксида углерода и обогащения ее кислородом с помощью узла регенерации воздуха и ее очищения с помощью фильтров очистки от механических примесей, вредных химических веществ и оксида углерода узла очистки.

При этом восстановление начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды производят без использования наружного атмосферного воздуха, в частности, без всплытия подводной лодки в надводное положение и вентилирования в атмосферу.

Для достижения заявленного технического результата устройство для предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, включающее блок управления системой, узел датчиков контроля параметров газовоздушной среды и узел баллонов с инертным газом или смесью инертных газов, согласно изобретению, дополнительно содержит соединенные информационно-управляющими и механическими связями узел датчиков предаварийного контроля, узел регенерации газовоздушной среды, узел баллонов с кислородом, узел раздатчиков кислорода, узел баллонов воздуха высокого давления, узел очистки газовой среды с фильтром очистки от механических примесей и фильтром очистки от вредных химических веществ и оксида углерода, узел разделения воздуха на азот или инертный газ и остальные компоненты, узел компрессора высокого давления и блок управления отсечный в каждом контролируемом помещении герметичного объекта, причем выходы узлов датчиков предаварийного контроля и датчиков контроля параметров ГВС электрически соединены со входами блока управления системой, выходы которого связаны управляющими сигналами со входами узла регенерации газовоздушной среды, узла баллонов с кислородом, узла баллонов воздуха высокого давления и блока управления отсечного, а выходы последнего соединены со входами узла очистки газовоздушной среды, узла разделения воздуха, узла компрессора высокого давления, соответственно, узел очистки газовоздушной среды соединен механическими связями с узлом разделения воздуха и узлом компрессора высокого давления, пневматические выходы которого, в свою очередь, подключены к узлу баллонов с азотом или инертным газом, узлу баллонов воздуха высокого давления и узлу баллонов с кислородом, вход узла регенерации газовоздушной среды связан пневматически с внутренним объемом контролируемого помещения герметичного объекта, а выход его соединен с узлом баллонов с кислородом и узлом раздатчиков кислорода.

Кроме того, узел разделения воздуха, узел датчиков предаварийного контроля, узел датчиков контроля параметров гипоксической газовоздушной среды, узел раздатчиков кислорода, узел очистки с фильтром очистки от механических примесей, фильтром очистки от вредных химических веществ и оксида углерода, узел компрессора высокого давления, расположены в каждом контролируемом помещении герметичного объекта.

Кроме того, узел регенерации газовоздушной среды может быть как в каждом контролируемом помещении герметичного объекта, так и единым для всего герметичного объекта.

Кроме того, узел баллонов с азотом или инертным газом и узел баллонов воздуха высокого давления выполнены едиными для всего герметичного объекта, а блок управления устройством выполнен единым для всего герметичного объекта и снабжен периферийными устройствами в каждом контролируемом помещении.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 показана диаграмма регулирования одного из параметров ГГВС в отсеках ПЛ, в частности, концентрации кислорода; на фиг.2 - диаграмма регулирования одного из параметров ГГВС в отсеках ПЛ, в частности, давления ГГВС; на фиг.3 - сводная диаграмма регулирования параметров ГГВС в помещении в процессе реализации способа предотвращения пожара на ПЛ; на фиг.4 - структурная схема устройства для осуществления способа.

Способ осуществляют следующим образом.

В каждом из герметичных помещений подводной лодки в надводном положении создают газовоздушную среду с пониженным содержанием кислорода (гипоксическую среду) путем разбавления азотом или инертным газом. При этом содержание кислорода в разных герметичных помещениях ПЛ поддерживают на разном уровне в зависимости от назначенного времени нахождения и интенсивности работы членов экипажа в данном помещении.

Так как во время автономного плавания при нормальной обстановке на ПЛ экипаж несет установленные вахты, все работы выполняются по расписанию, и время нахождения в том или другом герметичном помещении ПЛ строго регламентировано. Причем в одних герметичных помещениях ПЛ это время может быть от нескольких минут до десятков минут, в других оно установлено не более 4 часов, в третьих экипаж может пребывать постоянно. По времени пребывания герметичные помещения ПЛ можно разделить на эпизодически посещаемые, периодически посещаемые, с постоянной вахтой до 4 часов, с постоянной вахтой до 10-14 часов и постоянного пребывания.

В результате проведенных авторами исследований установлено, что при снижении содержания кислорода в ГГВС помещений до 17% допустимо выполнение тяжелого и напряженного труда 1-й степени (определяемого в соответствии с Руководством Р 2.2.2006-05) непрерывно в течение 30 минут, а тяжелого и напряженного труда 2-й степени - непрерывно в течение 15 минут при сохранении достаточного уровня надежности деятельности. При снижении содержания кислорода в среде до 16% время выполнения аналогичных видов работ составляет 20 и 10 минут соответственно.

Начальные значения содержания кислорода в разных герметичных помещениях ПЛ в зависимости от назначенного времени нахождения и интенсивности работы экипажа в данном помещении распределяют следующим образом:

- эпизодически посещаемые герметичные помещения ПЛ - не менее 12 об.%;

- периодически посещаемые герметичные помещения ПЛ - не менее 14 об.%;

- с постоянной вахтой продолжительностью до 4 часов - не менее 1 6 об.%;

- с постоянной вахтой продолжительностью до 10-14 часов - не менее 18 об.%;

- постоянного пребывания - не менее 19 об.%.

Одновременно во всех герметичных помещениях с помощью узла датчиков предаварийного контроля (ПАК), включающего в себя датчики различных параметров и приборы системы предаварийного контроля, осуществляют контроль характеристических, или реперных, параметров предаварийных предпожарных состояний воздушной среды, технических средств и оборудования с целью идентификации предаварийных состояний источников пожарной опасности.

В качестве реперных параметров могут быть использованы: концентрация высокодисперсных аэрозолей, аномалии радиационных тепловых полей, концентрации продуктов термодеструкции конструкционных и электротехнических неметаллических материалов, концентрации взрыво- и пожароопасных веществ, водорода, концентрации совокупности горючих паров и газов и др.

После погружения ПЛ в случае нормального состояния и функционирования корабельных технических средств и оборудования параметры ГГВС в герметичных помещениях ПЛ не меняют в течение всего автономного плавания.

Содержание кислорода, состав и давление ГГВС поддерживают на заданном уровне при помощи блока 1 управления, узла 2 датчиков предаварийного предпожарного контроля, узла 3 датчиков контроля параметров ГГВС, узла 4 регенерации газовоздушной среды, узла 5 баллонов с кислородом, узла 6 раздатчиков кислорода, узла 7 очистки воздуха, узла 8 компрессора воздуха высокого давления и узла 9 баллонов воздуха высокого давления (ВВД).

В случае обнаружения перехода какого-либо технического средства или оборудования ПЛ в предаварийное предпожарное состояние, выполняют регулирование ГГВС в герметичном помещении ПЛ, в котором обнаружено предаварийное предпожарное состояние и, одновременно, регулирование в смежных помещениях.

Регулирование в герметичном помещении, в котором обнаружено предаварийное предпожарное состояние ГГВС, ТС или оборудования, производят путем понижения процентного содержания кислорода в ГГВС до заданного уровня концентраций , не поддерживающих воспламенение и горение корабельных сред и материалов, а именно, до 10 об.% в эпизодически посещаемых герметичных помещениях ПЛ, до 12 об.% в периодически посещаемых помещениях и помещениях с постоянной вахтой до 4 часов, и до 14 об.% в помещениях с вахтой до 10-14 часов и постоянного пребывания (этап I на фиг.3).

Для того, чтобы обеспечить возможность перехода экипажа и аварийной партии из одного помещения в другое, причем при переходе не повышалась бы пожарная опасность в помещении, в котором обнаружено предаварийное предпожарное состояние, регулирование в смежных герметичных помещениях выполняют, например, путем уравнивания давления и концентрации кислорода в смежных герметичных помещениях, по крайней мере на время перехода людей.

Регулирование на этапе I выполняют с сохранением парциального давления кислорода при снижении процентного содержания кислорода, от которого зависит процесс воспламенения и горения, до заданного уровня, резко уменьшающего вероятность пожара (графики и на фиг.3, этапы II-III).

Регулирование до заданного уровня производят добавлением азота или инертного газа из узла 10 баллонов с азотом или инертным газом и одновременным удалением из газовоздушной среды ПЛ кислорода через узел 7 очистки воздуха, содержащий фильтр 11 очистки от механических примесей, фильтр 12 очистки от вредных химических веществ и оксида углерода и узел 13 разделения воздуха на азот или инертный газ и кислород.

Кислород после разделения воздуха подают под давлением (компримируют) в узел 5 баллонов с кислородом.

В процессе регулирования блоки управления 1 и 14 (центральный и отсечный, соответственно) с помощью узла 3 датчиков контролируют параметры ГГВС и обеспечивают не превышение давления P_{i Σ} выше допустимых для экипажа и оборудования значений компримированием избыточного воздуха узлом 8 компрессора в узел 9 баллонов воздуха высокого давления.

В процессе регулирования показатель пожароопасности F_i в помещении i будет уменьшаться за счет снижения процентного содержания кислорода (этап I на фиг.3) и достигнет уровня пожаробезопасности. Вместе с тем будет снижаться и показатель обитаемости по газовоздушной среде Q_i за счет роста давления ГГВС и уменьшения процентного содержания кислорода, что уменьшит допустимое время пребывания экипажа в помещении. Для достижения требуемого уровня пожаробезопасности или обеспечения возможности перехода людей в герметичное помещение может понадобиться и снижение давления со снижением абсолютного содержания кислорода (этап II на фиг.3). Это обеспечивается компримированием ГГВС через узел 7 очистки воздуха и узел 8 компрессора в узел 9 баллонов воздуха высокого давления. Избыточное давление в помещениях постоянного пребывания и в помещениях с постоянной вахтой снимают до нормального постепенно по заданному алгоритму (график P_iΣнорм на фиг.3). При этом будет происходить дальнейшее ухудшение условий обитаемости за счет снижения парциального давления кислорода.

После проведения мероприятий по поиску причин и источника появления сигнала о предаварийном предпожарном состоянии и ликвидации его причин (этап II и III на фиг.3), проводят восстановление параметров ГГВС до первоначальных значений (этап IV на фиг.3). При этом показатель обитаемости улучшится, т.е. увеличится, и достигнет начального заданного уровня за счет возвращения параметров ГГВС и P_{i Σ} к начальным. Однако и показатель пожароопасности F_i ПЛ также возрастет до начальных значений за счет повышения объемного процентного содержания кислорода.

Восстановление параметров ГГВС в герметичном помещении до первоначальных значений производят через узел 7 очистки воздуха, узел 13 разделения азота или инертного газа и кислорода, узел 8 компрессора высокого давления, для компримирования в узел 5 баллонов с кислородом, узел 10 баллонов азота или инертного газа и узел 9 баллонов воздуха высокого давления (ВВД), и с использованием узла 4 регенерации воздуха, узла 5 баллонов кислорода и узла 6 раздатчиков кислорода.

В случае повторного поступления сигнала о превышении установленных значений какого-либо характеристического параметра предаварийного предпожарного состояния контролируемой воздушной среды, технических средств или оборудования регулирование содержания кислорода и давления гипоксической газовой среды в герметичном помещении повторяют аналогично описанному выше.

Если же все-таки возгорания внутри какого-либо из контролируемых закрытых помещений объекта избежать не удастся и будет установлен факт возникновения пожара, то придется осуществлять мероприятия по дальнейшему понижению концентрации кислорода до величины, соответствующей уровню гарантированного прекращения горения, например, с помощью того же оборудования, которое используется для осуществления заявленного способа.

Как показано на чертеже (фиг.4), устройство для осуществления способа предупреждения пожаров внутри подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов содержит следующие узлы, соединенные информационно-управляющими и механическими связями:

- блок 1 управления устройством,

- узел 2 датчиков предаварийного контроля;

- узел 3 датчиков контроля параметров гипоксической газовоздушной среды;

- узел 4 регенерации газовоздушной среды ПЛ;

- узел 5 баллонов с кислородом;

- узел 6 раздатчиков кислорода;

- узел 7 очистки с фильтром 11 очистки от механических примесей, фильтром 12 очистки от вредных химических веществ и оксида углерода;

- узел 8 компрессора высокого давления;

- узел 9 баллонов воздуха высокого давления;

- узел 10 баллонов с азотом или инертным газом;

- узел 13 разделения воздуха на азот или инертный газ и остальные компоненты;

- блок 14 управления отсечный.

При этом механические связи между узлами устройства осуществляются, например, с помощью трубопроводов, или шлангов, а также включают предохранительную, перепускную и регулирующую арматуру (на чертеже не показаны).

Устройство работает следующим образом.

В случае перехода какого-либо из технических средств или оборудования в предпожарное предаварийное состояние узел 2 датчиков предаварийного контроля посылает сигнал о предпожарном состоянии в герметичных помещениях ПЛ на центральный блок 1 управления устройством, который с помощью программного обеспечения формирует для командира корабля проект решения в текстовом и графическом виде по регулированию гипоксической газовоздушной среды и действиям экипажа по установлению и устранению причин предаварийного состояния.

После подтверждения командира ПЛ тот же узел 2 подает сигнал управления на узел 10 баллонов с азотом или инертным газом, узел 13 разделения воздуха, узел 4 регенерации газовоздушной среды, узел 6 раздатчиков кислорода, узел 7 очистки и узел 8 компрессора высокого давления, которые выполняют по заданному блоком 1 управления алгоритму, за заданное оптимальное время, регулирование параметров гипоксической газовоздушной среды до заданных значений, а узел 2 датчиков предаварийного контроля и узел 3 датчиков контроля параметров гипоксической газовоздушной среды отслеживают результат управления и передают на блок 1 управления.

При этом регулирование осуществляют таким образом, что узел 10 баллонов с азотом или инертным газом добавляет азот или инертный газ в гипоксическую газовую среду помещения, узел 13 разделения воздуха извлекает избыточный кислород из газовой среды отсека, узел 4 регенерации газовоздушной среды извлекает избыточный диоксид углерода и генерирует кислород, который вместе с кислородом из узла 5 баллонов с кислородом добавляется в требуемых алгоритмом регулирования количествах в гипоксическую газовоздушную среду помещения через узел 6 раздатчиков кислорода. Одновременно с этим производят снятие избыточного давления узлом 8 компрессора высокого давления через узел 7 очистки с фильтром 11 очистки от механических примесей, фильтром 12 очистки от вредных химических веществ и оксида углерода и подачу отобранной газовой смеси в узел 9 баллонов воздуха высокого давления, и по достижению заданных значений устройство поддерживает заданные параметры в течение заданного времени.

После ликвидации предаварийного предпожарного состояния оборудования в герметичных помещениях ПЛ устройство выполняет регулирование параметров гипоксической газовоздушной среды отсека до восстановления первоначальных заданных значений. Для этого с помощью узла 13 разделения воздуха избыточный азот или инертный газ извлекается из газовоздушной среды отсека, а затем компримируется (сжимается) и подается в узел 10 баллонов с азотом или инертным газом с помощью узла 8 компрессора высокого давления. Узел 13 разделения воздуха может быть выполнен, например, мембранного типа, или с использованием молекулярных сит, или построен на любом другом принципе.

Узел 4 регенерации газовоздушной среды предназначен для извлечения из ГГВС избыточного диоксида углерода и генерирования кислорода, который добавляется вместе с кислородом из узла 5 баллонов с кислородом в требуемых алгоритмом регулирования количествах в гипоксическую газовоздушную среду отсека через узел 6 раздатчиков кислорода.

При этом такие элементы устройства для осуществления способа, как узел 13 разделения воздуха для получения азота и других компонентов, узел 2 датчиков предаварийного контроля, узел 3 датчиков контроля параметров гипоксической газовоздушной среды, узел 6 раздатчиков кислорода, узел 7 очистки с фильтром 11 очистки от механических примесей и фильтром 12 очистки от вредных химических веществ и оксида углерода, узел 8 компрессора высокого давления, как правило, располагаются в каждом герметичном помещении ПЛ.

В то же время узел 4 регенерации газовоздушной среды может быть расположен как в каждом герметичном помещении ПЛ, так и быть единым для всех помещений ПЛ, а узел 10 баллонов с азотом или инертным газом и узел 9 баллонов воздуха высокого давления едины для всей ПЛ.

Центральный блок 1 управления устройством для осуществления способа повышения пожаробезопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов выполнен на базе обычного или специализированного промышленного компьютера, предназначен для управления и синхронизации всего процесса регулирования и поддержания параметров гипоксических газовоздушных сред во всех герметичных помещениях ПЛ и имеет периферийные устройства в виде отсечных блоков управления 14 в каждом контролируемом герметичном помещении ПЛ.

Узел 2 датчиков предаварийного контроля может включать, например, датчики микроконцентрации оксида углерода, высокодисперсных аэрозолей, продуктов термодеструкции корабельных неметаллических материалов, датчик интегральной взрыво- пожароопасности газовоздушной среды, широкодиапазонный датчик давления, датчик инфракрасного поля и т.д. (на чертеже не показаны, т.к. состав и номенклатура датчиков определяются конкретными требованиями и условиями установки устройства для предотвращения пожаров).

Узел 3 датчиков контроля параметров гипоксической газовоздушной среды также может включать различный набор соответствующих датчиков, в частности, газоанализаторы на основные компоненты ГВС (кислород, водород, оксид углерода, углекислый газ и т.п.) и вредные химические вещества, датчики параметров давления, влажности и температуры, и другие.

Узел 5 баллонов с кислородом, узел 9 баллонов воздуха высокого давления, узел 10 баллонов с азотом или инертным газом, помимо непосредственно баллонов с газом, включают также предохранительную, перепускную и регулирующую арматуру. Соответствующей арматурой и газопроводящими (пневматическими) элементами (например, высокопрочными шлангами или трубопроводами) снабжены, кроме упомянутых, узел 6 раздатчиков кислорода, узел 7 очистки, узел 8 компрессора высокого давления, узел 13 разделения воздуха.

Таким образом, использование заявленного способа позволяет достичь повышения пожаробезопасности подводных лодок и других подобных герметичных обитаемых объектов путем создания в них гипоксических газовоздушных сред, уменьшающих вероятность возгорания и распространения пожара, и в то же время дает возможность обеспечить работу экипажа в течение длительного похода без значимого снижения работоспособности и ущерба здоровью и без необходимости проведения мероприятий по последующей декомпрессии, а также обеспечивает сохранение основных режимов функционирования ПЛ и работоспособности оборудования.

Изобретение относится к области средств обеспечения пожаробезопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов. Способ включает в себя формирование внутри объекта гипоксической газовоздушной среды с установленным начальным пониженным содержанием кислорода при нормальном давлении ГВС, содержание кислорода устанавливают в зависимости от типа герметичного помещения. Осуществляется контроль при помощи датчиков предаварийного предпожарного состояния газовоздушной среды, и при необходимости регулирование давления и содержания кислорода, в заданный промежуток времени, путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа до значений концентраций и давления, предписанных для данного помещения, достаточных для обнаружения и ликвидации причин предаварийного состояния. После комплекса мер восстанавливают начальное заданное значение содержания кислорода при нормальном давлении ГВС для каждого закрытого помещения герметичного объекта. Устройство для осуществления способа включает блок управления системой, узел датчиков контроля параметров газовоздушной среды и узел баллонов с инертным газом или смесью инертных газов, дополнительно содержит соединенные информационно-управляющими и пневматическими связями узел датчиков предаварийного контроля, узел регенерации газовоздушной среды, узел баллонов с кислородом, узел раздатчиков кислорода, узел баллонов воздуха высокого давления, узел очистки газовоздушной среды с фильтром очистки от механических примесей и фильтром очистки от вредных химических веществ и оксида углерода, узел разделения воздуха, узел компрессора высокого давления и блок управления отсечный в каждом контролируемом помещении герметичного объекта. Обеспечивается уменьшение вероятности возгорания и пожара на подводных лодках и других герметичных обитаемых объектах путем внедрения предаварийного контроля и создания в них гипоксических газовоздушных сред, при одновременном создании условий для нормальной жизнедеятельности экипажа ПЛ в условиях длительного похода. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, включающий понижение концентрации кислорода внутри каждого закрытого помещения герметичного объекта до установленного уровня и поддержание ее на этом уровне, отличающийся тем, что внутри каждого закрытого помещения герметичного объекта формируют гипоксическую среду с установленным начальным пониженным содержанием кислорода при нормальном давлении ГВС, причем содержание кислорода устанавливают в зависимости от типа герметичного помещения, обусловленного временем нахождения и интенсивностью работы членов экипажа в нем, одновременно осуществляют контроль и идентификацию состояния источников пожарной опасности в каждом герметичном помещении путем измерения в непрерывном режиме либо через предварительно заданные промежутки времени по меньшей мере одного характеристического параметра предаварийного предпожарного состояния контролируемых среды, технических средств и оборудования, в случае поступления сигнала о достижении или превышении установленных значений по меньшей мере одного характеристического параметра предаварийного предпожарного состояния контролируемых воздушной среды, технических средств и оборудования регулируют содержание кислорода и давление гипоксической газовой среды в герметичном помещении, в котором обнаружено предаварийное предпожарное состояние, путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа до значений концентраций и давления, предписанных для данного помещения и обеспечивающих предотвращение или уменьшение вероятности возгорания технических средств и оборудования, на заданный промежуток времени, в течение которого нахождение внутри герметичного помещения безопасно для экипажа и оборудования, и после проведения мероприятий по поиску причин и источника появления сигнала о предаварийном предпожарном состоянии и его ликвидации восстанавливают начальное заданное значение содержания кислорода при нормальном давлении ГВС для каждого закрытого помещения герметичного объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по времени пребывания герметичные помещения ПЛ разделяют на эпизодически посещаемые, периодически посещаемые, с постоянной вахтой до 4 часов, с постоянной вахтой до 10-14 часов и постоянного пребывания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для герметичных помещений объекта в качестве начальных значений содержания кислорода при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°C устанавливают следующие:
- для эпизодически посещаемых герметичных помещений - не менее 12 об.%;
- для периодически посещаемых помещений - не менее 14 об.%;
- с постоянной вахтой продолжительностью до 4 часов - не менее 16 об.%;
- с постоянной вахтой продолжительностью 10-14 часов - не менее 18 об.%;
- для помещений постоянного пребывания - не менее 19 об.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование гипоксической газовоздушной среды в герметичных помещениях объекта осуществляют в течение заданного промежутка времени, достаточного для выявления и ликвидации причин предаварийного предпожарного состояния оборудования.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после регулирования гипоксической газовоздушной среды в герметичных помещениях объекта путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа устанавливают следующие значения концентрации кислорода на заданное время:
- для эпизодически посещаемых герметичных помещений - до 10 об.%;
- в периодически посещаемых помещениях и помещениях с постоянной вахтой продолжительностью до 4 часов - до 12 об.%;
- в помещениях с постоянной вахтой продолжительностью 10-14 часов и в помещениях постоянного пребывания - до 14 об.%.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе регулирования гипоксической газовоздушной среды в герметичном помещении объекта путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа значения давления ГВС повышают на допустимое заданное время от нормального атмосферного до значений давления, не превышающих пределы функционирования оборудования, размещенного в герметичном помещении объекта.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в процессе регулирования гипоксической газовоздушной среды в герметичных помещениях объекта путем понижения содержания кислорода и повышения содержания азота или инертного газа значения давления ГВС устанавливают на допустимое заданное время от нормального атмосферного до значений давления, не требующих дальнейшего проведения декомпрессии членов экипажа.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе регулирования гипоксической газовоздушной среды в герметичных помещениях объекта, сохраняют начальные парциальные давления кислорода, установленные для помещений до регулирования, путем повышения общего давления гипоксической газовой среды в помещениях на допустимое заданное время, от нормального атмосферного до значений давления, определяемых пределом функционирования оборудования, размещенного в каждом герметичном помещении объекта.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление начальных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды производят путем регулирования давления гипоксической газовоздушной среды, процентного объемного содержания кислорода и его парциального давления.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды производят через установленное заданное время, достаточное для выявления и ликвидации причин предаварийного предпожарного состояния технических средств и оборудования, после проверки отсутствия сигнала о предаварийном предпожарном состоянии контролируемых газовоздушной среды, технических средств и оборудования.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды производят путем разделения ГВС на кислород и азот или инертный газ, компримирования азота или инертного газа в соответствующий узел баллонов с азотом или инертным газом, компримирования ГВС в узел баллонов воздуха высокого давления, добавления кислорода из узла баллонов с кислородом, удаления из ГВС оксида углерода и обогащения ее кислородом с помощью узла регенерации воздуха и ее очищения с помощью фильтров очистки от механических примесей, вредных химических веществ и оксида углерода узла очистки.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление начальных установленных значений содержания кислорода и давления гипоксической газовоздушной среды производят без использования наружного атмосферного воздуха.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения возможности перехода экипажа и аварийной партии из одного герметичного помещения в другое без ухудшения предаварийного предпожарного состояния регулирование в смежных герметичных помещениях выполняют путем уравнивания давления и концентрации кислорода, по крайней мере на время перехода людей.

14. Устройство для предупреждения пожаров внутри герметичных обитаемых объектов, преимущественно подводных лодок, включающее блок управления системой, узел датчиков контроля параметров газовоздушной среды и узел баллонов с инертным газом или смесью инертных газов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит соединенные информационно-управляющими и механическими связями узел датчиков предаварийного контроля, узел регенерации газовоздушной среды, узел баллонов с кислородом, узел раздатчиков кислорода, узел баллонов воздуха высокого давления, узел очистки газовой среды с фильтром очистки от механических примесей и фильтром очистки от вредных химических веществ и оксида углерода, узел разделения воздуха, узел компрессора высокого давления и блок управления отсечный в каждом контролируемом помещении герметичного объекта, причем выходы узлов датчиков предаварийного контроля и датчиков контроля параметров ГВС электрически соединены со входами блока управления системой, выходы которого связаны управляющими сигналами со входами узла регенерации газовоздушной среды, узла баллонов с кислородом, узла баллонов воздуха высокого давления и блока управления отсечного, а выходы последнего соединены со входами узла очистки газовоздушной среды, узла разделения воздуха, узла компрессора высокого давления, соответственно, узел очистки газовоздушной среды соединен механическими связями с узлом разделения воздуха и узлом компрессора высокого давления, пневматические выходы которого, в свою очередь, подключены к узлу баллонов с азотом или инертным газом, узлу баллонов воздуха высокого давления и узлу баллонов с кислородом, вход узла регенерации газовоздушной среды связан пневматически с внутренним объемом контролируемого помещения герметичного объекта, а выход его соединен с узлом баллонов с кислородом и узлом раздатчиков кислорода.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что узел разделения воздуха на азот или инертный газ и остальные компоненты, узел датчиков предаварийного контроля, узел датчиков контроля параметров гипоксической газовоздушной среды, узел раздатчиков кислорода, узел очистки с фильтром очистки от механических примесей, фильтром очистки от вредных химических веществ и оксида углерода, узел компрессора высокого давления, расположены в каждом контролируемом помещении герметичного объекта.

16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что узел регенерации газовоздушной среды может быть как в каждом контролируемом помещении герметичного объекта, так и единым для всего герметичного объекта.

17. Устройство по п.14, отличающееся тем, что узел баллонов с азотом или инертным газом и узел баллонов воздуха высокого давления выполнены едиными для всего герметичного объекта.

18. Устройство по п.14, отличающееся тем, что блок управления устройством выполнен единым для всего герметичного объекта и снабжен периферийными устройствами в каждом контролируемом помещении.