Способ превентивного пожаротушения с последующим подавлением условий для воспламенения топливно-воздушной смеси и имеющейся пожарной нагрузки от вторичных источников зажигания Российский патент 2022 года по МПК A62C2/04 A62C3/06 A62C3/07 A62C37/00 

Область изобретения. Изобретение относится к оборудованию для подавления возгораний и пожаротушения в различных неподвижных объектах, транспортных средствах, включая ситуации, когда эти средства транспорта оказываются под огневым воздействием в ходе боевых действий или в результате действий террористов, включая обстрелы с помощью гранатометов, артиллерийских снарядов и мин, ракет, а также иных средств поражения, а также к оборудованию, предназначенному для обеспечения спасения (выживания) при дорожно-транспортных происшествиях (дтп).

Поражение (пробитие) транспортного средства или неподвижного объекта боеприпасами различных типов, в зависимости от места попадания и внутреннего устройства, часто сопровождается аварийной утечкой из пробитых баков и магистралей топлива, гидравлической жидкости, тормозной жидкости, охлаждающей жидкости (тосола и его аналогов), масла или горючего газа (например, для транспортных средств на газомоторном топливе). При утечках образуются топливно-воздушные смеси, пожароопасные свойства которых хорошо изучены наукой и практикой - существуют т.н. «нижний» и «верхний» концентрационный предел распространения, которые в настоящее время являются табличными данными, признаны во всем мире и известны любому специалисту в области пожарной безопасности. Полученные боевые повреждения (повреждения в дтп) приводят к тому, что количество топлива в смеси нарастает, что в сочетании с первичными и вторичными источниками зажигания, гарантированно приводит к воспламенению смеси, а далее, в зависимости от достигнутой концентрации, приводит к дефралгации или даже объемной детонации, что приводит к катастрофическим последствиям для людей и оборудования, находящихся в поражаемых отсеках (помещениях). Это объясняет необходимость наличия в защищаемых транспортных средствах (или неподвижных объектах) быстродействующего и эффективного оборудования для пожаротушения. Это оборудование должно быстро обнаруживать и незамедлительно распылять огнетушащий агент (OA) эффективно тушить пожар на начальном этапе возгорания и вспышки. Существенными ограничением являются скорость срабатывания системы (от получения сигнала от датчиков о начале возгорания до начала эффективного воздействия огнетушащего агента) и ограничения связанные с тем, что многие огнетушащие агенты, эффективно подавляющие пожар, несовместимы с жизнью и здоровьем людей, находящихся в защищаемом отсеке (помещении), в т.ч. образовывают ядовитые вещества при нагревании в пламени пожара.

Аналог 1. Широко распространены ручные порошковые, пенные, водяные, газовые огнетушители в различных средствах транспорта: в легковых автомобилях по одному не менее чем 2 л, в автобусах, грузовиках, локомотивах и вагонах метро и железных дорог не менее чем по одному 5-10 л или по нескольку 2 л, 3 л; в вертолетах и самолетах. Эти огнетушители приводятся в действие и тушат за 1-2 минуты. Известны и широко применялись в легковых автомобилях импульсно-распылительные мини-огнетушители емкостью: 0,33 л «Импульс-033» Украина; 0,25 л «Малыш», Россия с приведением в действие и тушением за 1-2 сек.

Недостатки. Огнетушители достаточно инерционны - от момента приведение в действие до начала подачи OA в пределах 20-60 сек. Другой недостаток струя OA имеет малую площадь фронта - в 10-100 раз меньше площади пожара - поэтому оператор должен иметь немалый навык в тушении огнетушителем, отсутствующий у подавляющего большинства водителей, включая профессионалов и военных. В результате более чем в 90-95% случаев огнетушители не выполняют своей задачи и машины сгорают до ремонтно-непригодного состояния. Также с помощью огнетушителей не удается предотвратить объемный взрыв смеси паров топлива с воздухом, образующейся при аварийной разгерметизации топливного бака или элементов топливной системы, что приводит к катастрофическим последствиям.

Мини-огнетушители импульсного распыления устраняют эти недостатки, они способны обеспечить своевременное тушение возгорания из-за неисправности электропроводки, при небольшой аварии, когда у водителя нет травм и сохраняется способность быстро и правильно прицелиться на возгорание или очаг пожара. С дистанции 1 -2 м мини-огнетушители тушат 1 м² горящей площади или до 2-4 м замкнутого или полузамкнутого объема, за счет многократных отражения фронта огнетушащего вихря (шквала) от стен, оборудования двигательного или пассажирского отсека.

Однако любые огнетушители в тренированных руках не способны сработать своевременно при травмировании водителя в результате серьезной аварии, террористической атаки с применением автоматического оружия, гранатомета или на территории военных действий при попадании артиллерийского снаряда или ракеты.

Аналог 2. Модули порошкового пожаротушения «Буран-7 КДТ», «Буран-0,5», «Буран 2,0» компании ООО «Интеллект-Про» (https://iprospb.ru/).

Предназначены для тушения пожаров на транспорте. Конструкция модуля рассчитана на повышенные динамические, вибрационные и температурные нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации различных объектов автотракторной техники, специальных машин и железнодорожного транспорта. Модули имеет небольшие габаритные размеры и специальную конструкцию, позволяющую подавать огнетушащий состав по трубопроводам в труднодоступные места защищаемых объектов. Широко используется при защите пожароопасных отсеков различной специальной техники и транспортных средств (экскаваторы, грейдеры, фронтальные погрузчики, шлаковозы, специальный подвижной состав ОАО «РЖД»), для защиты электрических шкафов, кабельных колодцев, ячеек хранения товаров в складах стеллажного типа, пространств за подвесными потолками, фальшполами, шкафов с высоковольтным электрооборудованием электропоездов пригородного сообщения (электричек) и путевых машин различного назначения (снегоуборочные, путеукладчики, мотодрезины и пр.), для тушения пожаров на объектах с повышенной температурой окружающей среды от -50°С до +100°С Имеет компактную форму и может устанавливаться в стесненных габаритных условиях. «Буран-2,0» широко используются при защите дизельгенераторных установок, пожароопасных отсеков различной специальной техники и транспортных средств (экскаваторы, грейдеры, фронтальные погрузчики, шлаковозы, специальный подвижной состав ОАО «РЖД», речные и морские суда и т.п.).

Недостатки. На наш взгляд, существенным недостатком модулей порошкового пожаротушения является алгоритм их срабатывания - может оказаться что в описанных в изобретении условиях (поражение боеприпасом или дтп) они недостаточно эффективны, из-за того что упущено драгоценное время и скорость срабатывания исполнительных устройств системы пожаротушения недостаточна. Кроме того, применение порошкового пожаротушения в обитаемом отсеке сопряжено с риском гибели и увечий находящихся в нем людей.

Аналог 3. Генераторы огнетушащего аэрозоля «Допинг-1 Р. 100» («Допинг-2Р.200», «Допинг-2Р.400») » компании ООО «Интеллект-Про» (https://iprospb.ru/). Данные средства пожаротушения относится к генераторам с радиальным истечением огнетушащего аэрозоля.

Генератор огнетушащего аэрозоля с радиальным истечением аэрозоля предназначен для тушения в условно-герметичных объемах пожаров и загораний по ГОСТ 27331-87 следующих классов:

• подкласс А2 • горение твердых веществ, не сопровождаемое тлением;

• класс В - горение жидких веществ;

• класс Е - пожары, возникающие в помещениях с кабелями, электроустановками и электрооборудованием, находящимся под напряжением до 140 кВ;

• а также для локализации пожаров подкласса А1.

Преимущественной областью применения генераторов огнетушащего аэрозоля являются моторные и багажные отделения транспортных средств (автомобильных, железнодорожных, водных и др.), электрические шкафы, сейфы, хранилища материальных ценностей и т.п. Аэрозоль, образующийся в результате сгорания шашки состава «КЭП» при срабатывании генераторов, не содержит озоноразрушаюших веществ.

Недостатки. На наш взгляд, существенным недостатком генераторов огнетушащего аэрозоля является алгоритм их срабатывания - может оказаться что в описанных в изобретении условиях (поражение боеприпасом или дтп) они недостаточно эффективны, из-за того что упущено драгоценное время и скорость срабатывания исполнительных устройств системы пожаротушения недостаточна. Кроме того, применение генераторов огнетушащего аэрозоля в обитаемом отсеке сопряжено с риском гибели и увечий находящихся в нем людей.

Прототип. Оборудование ряда гусеничных и колесных машин для подавления возгораний, например, фирмы Kidde-Deugra, обнаруживает с помощью расположенных внутри боевой машины датчиков воспламенение и тушит начавшийся пожар, предотвращая его переход во взрыв за 150 миллисекунд, что, по мнению разработчиков, защищает экипаж от смертельного влияния кумулятивной струи и разлетающихся осколков и капель раскаленного металла, вызывающих воспламенение топливо-воздушной смеси, продуктов горения и недостатка кислорода в результате его выгорания в замкнутом объеме.

Недостатки системы: наличие баллона и постоянно высокого давления, наличие взрывного заряда, разрушающего с образованием поражающих осколков - мембрану для выпуска огнетушащей струи высокого давления, имеются экспериментальные данные, о том, что эффективное тушение огня и предотвращение взрыва должно осуществляться в период времени менее 150 миллисекунд от начала возгорания или момента проникновения боеприпаса (кумулятивной струи) во внутренние объемы защищаемого транспортного средства (неподвижного объекта). Также система не рассчитана на повторные срабатывания, поэтому вероятны возгорания от вторичных источников зажигания (раскаленных осколков, брызг расплавленного металла, коротких замыканий поврежденной электропроводки и т.д.

Целью данного изобретения является создание автоматической системы, обнаруживающей угрозу поражения боеприпасом транспортного средства (неподвижного объекта) или обнаруживающей угрозу дтп с катастрофическими последствиями и запускающей процесс т.н. «упреждающего пожаротушения», т.е. пожаротушения, которое начинается до получения защищаемым объектом каких-либо повреждений и выхода контролируемых пожарными датчиками параметров на критические значения. Иными словами, распыление огнетушащего агента и другие необходимые действия необходимо начинать до момента поражения транспортного средства (неподвижного объекта) - создавать эффективную огнетушащую среду до момента начала возгорания и вспышки, что создаст необходимые условия для спасения защищаемого объекта и людей в нем.

Данная цель достигается тем, что кардинально меняется алгоритм работы противопожарных систем. При сохранении существующего варианта запуска работы противопожарных систем (по сигналу противопожарных датчиков или вручную), основным становится алгоритм работы при котором сигнал для включения противопожарных систем должен давать комплекс активной защиты (КАЗ) или комплекс оптико-электронного подавления (КОЭП) при обнаружении подлетающего боеприпаса (признаков его подлета - работу систем наведения и целеуказания высокоточных боеприпасов) и определения его параметров как опасных для защищаемого объекта, что дает кардинальный выигрыш в работе противопожарных систем - мероприятия по предотвращению пожара и взрыва начинаются до того, как произойдет катастрофическое воздействие на защищаемый объект.Иным каналом для включения противопожарных систем защищаемого объекта может быть автоматизированная система управления подразделением (сигнал от внешних источников). В авиации и на флоте существуют автоматизированные системы управления и предотвращения аварий и столкновений, которые могут дать аналогичную команду противопожарным системам. Для гражданского транспорта предлагается использование систем, которые разработчики называют «автопилотом» (термин успешно оспаривается, например, в немецких судах) или «адаптивный круиз контроль» (общепризнанные системы), которые оснащены радарами, лидарами, видеокамерами, парктрониками, объемными датчиками системы предупреждения столкновений и другим оборудованием под управлением бортового компьютера.

Выбор конкретной системы пожаротушения при решении задачи взрыво- пожарозащиты зависит от выделенного бюджета, условий эксплуатации (прежде всего, температурных), возможностей по ее размещению внутри защищаемых объемов и наличия в них людей.

Ввиду наличия существенного выигрыша в скорости срабатывания системы, возможно сочетание совместной работы систем, основанных на различных физико-химических принципах. По нашему мнению, наибольший выигрыш, особенно на этапе первоначального срабатывания системы взрыво- пожарозащиты, даст применение технологии импульсного пожаротушения, причем ориентированной на многократное срабатывание исполнительных устройств (механизмов) системы пожаротушения для предотвращения воспламенения от вторичных источников зажигания в сочетании с аварийным сбросом топлива из пораженных топливных баков наружу от защищаемых объемов и перекрытием топливных магистралей. Таким образом, в защищаемом объеме создаются неблагоприятные для возникновения пожара и взрыва условия, которые затем искусственно поддерживаются в течение опасного для защищаемого объекта периода.

В варианте использования систем импульсного пожаротушения поставленная задача решается тем, что система управления заранее обнаруживает угрозу и включает подсистему быстродействующих (сверхбыстродействующих) импульсно-распылительных устройств, создающих за доли секунды в объеме защищаемого отсека мультивихревой газо-капельный шквал или газопорошковый вихрь, которые за счет многократных отражений от поверхностей корпуса и оборудования отсека обеспечивает эффективное тушащее воздействие и создание неблагоприятной для зажигания и взрыва топливо-воздушной смеси среды и имеющейся пожарной нагрузки.

При получении критических значений срабатывания от противопожарных датчиков или по заранее заложенному алгоритму, после пробития боеприпасом защищаемого объема (повреждения транспортного средства в ДТП) производится, по возможности максимально адресное срабатывание исполнительных устройств (механизмов) системы пожаротушения для подавления вторичных источников зажигания и отключение основных линий электроснабжения пораженного отсека (если это возможно).

Топливные баки, расположенные внутри и снаружи от защищаемых отсеков модифицируются или сразу проектируются так, чтобы по команде системы управления осуществить перекрытие топливных магистралей и аварийный сброс топлива (как вариант, управляемое сжигание) вовне защищаемого объема (в т.ч. путем отстрела наружных топливных баков от защищаемого объекта с помощью пиропатронов).

Опасная пожарная нагрузка (например, боекомплект) по команде системы управления изолируются от обитаемых отсеков, в пораженном отсеке отключаются линии электропитания (при наличии возможности) - одновременно с первым срабатыванием превентивной системы пожаротушения или позже (из соображений обеспечения спасения защищаемого объекта и людей в нем).

Таким образом данное изобретение позволяет за счет эмерджентности (синергии) существующих систем, которые ранее существовали независимо друг от друга (системы взрыво- пожарозащиты транспортных средств и неподвижных объектов, с одной стороны и КАЗ, КОЭП, системы предотвращения столкновений или адаптивного круиз контроля, с другой стороны) выйти на новый уровень обеспечения взрыво- пожарозащиты и достичь таким образом, результатов, ранее невозможных даже теоретически.

При подготовке данной заявки использовались только отрытые источники информации, сведений, содержащих гостайну, не содержится.

Данное изобретение не отрицает существующие в отрасли наработки, а предлагает кардинальное изменение логики алгоритма их работы, т.е., по возможности, переход от начала работы с пожаром и взрывом не с момента когда они уже произошли или стали неизбежными, а к моменту когда средства автоматики определили неизбежную критическую угрозу защищаемому объекту и приступили к подавлению условий, благоприятствующих возникновению пожара и взрыва, а затем, в угрожаемый период, продолжают активные профилактические действия. Внедрение изобретения предполагает в дальнейшем возможность изменения подходов к проектированию техники с учетом внесенных предложений.

Краткое описание чертежей (фигур).

Для наглядной иллюстрации приведенных рассуждений и доказательства осуществимости высказанных идей приведены следующие чертежи (фигуры, рисунки, эскизы):

на фигуре 1 показаны характерные последствия взрыва топливно-воздушной смеси - танк Т-34 подрыв баков, расположенных в надгусеничных полках, теоретически, для спасения экипажа и танка в целом, возможно пожертвовать частью бронелиста и топливным баком (например, применив вышибную панель);

на фигурах 2 и 3 показаны советские разработки, реализованные на Украине по алгоритмам работы комплекса активной защиты (КАЗ) «Заслон»;

фигура 2 показывает диаграмму обнаружения КАЗ «Заслон» (Украина) РПГ (на рисунке слева) и 30 мм боеприпаса (на рисунке справа). В случае перехвата низкоскоростных (70…100 м/с.) противотанковых средств создается задержка срабатывания БЧ. В случае обнаружения средств, не представляющих угрозы танку (30 мм граната и пр.) сигнал на подрыв БЧ не подается.

Цифрами на фигуре 2 обозначено:

1 - сигнал от цели;

2 - сигнал на подрыв;

3 - запрет сигнала на подрыв - в случае определения что подлетает не опасный для защищаемого объекта поражающий элемент (например, малокалиберный боеприпас или осколок);

фигура 3 показывает диаграмму обнаружения КАЗ «Заслон» (Украина, так как это представлено на мониторе самой системы) цельнокорпусного боеприпаса (БПС) - на рисунке слева и бронебойного снаряда танковой пушки БК-18М - на рисунке справа. Сигнал на подрыв БЧ подается, таким образом, уже давно реализован алгоритм распознания и классификации по степени опасности подлетающих к защищаемому объекту боеприпасов (снарядов, ракет, гранат и т.д.).

Цифрами на фигуре 3 обозначено:

1 - сигнал от цели;

2 - сигнал на подрыв.

на фигуре 4 показана схема работы комплекса активной защиты танка «Заслон» (Украина) в фазе его активного противодействия подлетающим боеприпасам, которые автоматическая система сочла опасными (фигура 4 поясняет суть явлений, показанных на фигуре 3);

на фигуре 5 показано как танк Т-80У устанавливает завесу при помощи гранат ЗД17 для противодействия системам наведения средств поражения по команде комплекса оптико-электронного подавления «Штора-1» (фото из открытых источников), что иллюстрирует возможности современной бронетехники по превентивному противодействию подлетающим боеприпасам;

на фигуре 6 показана схема функционирования оборудования для подавления возгорания фирмы Kidde-Deugra (компьютерная модель), со сверхвысокой степенью срабатывания системы пожаротушения.

а) Проникновение снаряда: 0-1 мс

б) Начало дефлаграции: 5-15 мс

в) Выпуск огнетушащего средства: 5-15 мс

г) Подавление взрыва: 30-120 мс

д) Ликвидация огня: 70-150 мс

Изобретение относится к области предотвращения пожаров и взрывов и может быть использовано для внедрения в широком спектре военных и гражданских транспортных средств и на неподвижных объектах путем объединения уже существующих систем пожаротушения и различных систем предотвращения, катастрофических для защищаемых объектов, событий (комплексов активной защиты, комплексов оптико-электронного подавления, систем типа «адаптивный круиз контроль», систем типа «автопилот», систем предотвращения столкновений и т.д. или с внешнего источника управления (например, от автоматизированной системы управления подразделением) и т.д.). Система взрыво- и пожарозащиты защищаемого объекта выполнена с возможностью заранее обнаруживать угрозу поражения защищаемого объекта и в автоматическом режиме заранее активировать систему пожаротушения до получения объектом повреждений с целью создания неблагоприятных для возгорания и взрыва топливно-воздушной смеси внутри защищаемого объекта условий и создания неблагоприятных условий для воспламенения имеющейся в защищаемых отсеках пожарной нагрузки. Также, при наличии возможностей, с целью подавления возможного горения и взрыва происходит аварийный сброс топлива, перекрытие топливных магистралей, отключение линий электропитания и изоляция опасной пожарной нагрузки внутри защищаемых объемов. После поражения защищаемого объекта в автоматическом режиме или по сигналам противопожарных датчиков происходят повторные срабатывания исполнительных устройств (механизмов) системы пожаротушения для подавления вторичных источников зажигания и отключение основных линий электроснабжения пораженного отсека (если это возможно и не было сделано ранее). 4 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система взрыво- и пожарозащиты защищаемого объекта, отличающаяся тем, что система выполнена с возможностью заранее обнаруживать угрозу поражения защищаемого объекта и в автоматическом режиме заранее активировать систему пожаротушения до получения объектом повреждений с целью создания неблагоприятных для возгорания и взрыва топливно-воздушной смеси внутри защищаемого объекта условий и создания неблагоприятных условий для воспламенения имеющейся в защищаемых отсеках пожарной нагрузки.

2. Система взрыво- и пожарозащиты защищаемого объекта, отличающаяся тем, что система выполнена с возможностью заранее обнаруживать угрозу поражения защищаемого объекта и в автоматическом режиме заранее активировать систему пожаротушения до получения объектом повреждений, при этом система также выполнена с возможностью в автоматическом режиме, параллельно активации системы пожаротушения, активировать аварийный сброс топлива наружу от защищаемого объекта и перекрывать топливные магистрали, с целью создания неблагоприятных условий для возгорания и взрыва топливно-воздушной смеси внутри защищаемого объекта.

3. Система взрыво- и пожарозащиты защищаемого объекта, отличающаяся тем, что система выполнена с возможностью заранее обнаруживать угрозу поражения защищаемого объекта и в автоматическом режиме заранее активировать систему пожаротушения до получения объектом повреждений, при этом система после поражения защищаемого объекта также выполнена с возможностью в автоматическом режиме или по сигналам противопожарных датчиков обеспечивать повторные срабатывания исполнительных устройств системы пожаротушения для подавления вторичных источников зажигания и отключать линии электроснабжения пораженного отсека.

4. Система взрыво- и пожарозащиты защищаемого объекта, отличающаяся тем, что система выполнена с возможностью заранее обнаруживать угрозу поражения защищаемого объекта и в автоматическом режиме заранее активировать систему пожаротушения до получения объектом повреждений, при этом система при обнаружении угрозы поражения защищаемого объекта в автоматическом режиме, параллельно активации системы пожаротушения, выполнена с возможностью проводить изоляцию пожарной нагрузки от обитаемых отсеков путем закрытия открытых створок отсека с боекомплектом, отделяя его от обитаемого отсека.