Устройство для объемного аэрозольного пожаротушения Российский патент 2023 года по МПК A62C35/13 A62D1/06 

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к устройствам для объемного аэрозольного пожаротушения, обеспечивающим подавление возгорания за счет воздействия на очаг аэрозольной среды, образующейся при сжигании твердого заряда аэрозолеобразующего состава (АОС).

Известно устройство для тушения пожаров (патент RU 2116090 C1, опубл. 27.07.1998), которое содержит термозащищенный корпус, средство инициирования и аксиально последовательно расположенные пиротехнический заряд, камеру сгорания, цилиндр охлаждения внутри камеры сгорания, заполненный газопроницаемым абляционным слоем и закрытый крышкой в виде усеченного конуса с распределенными на ее боковой поверхности выходными отверстиями для формирования струйного истечения потока аэрозоля.

Недостатком известного устройства является то, что при прохождении через слой охладителя часть активных конденсированных частиц аэрозоля оседают на поверхности слоя охладителя и, соответственно, не попадают в защищаемый объем, что приводит к снижению огнетушащей способности генератора.

Известно также устройство пожаротушения высокоэффективным огнетушащим аэрозолем (CN 107519602 A, 29.12.2017), которое включает: оболочку, разделенную на верхнюю и нижнюю части, теплоизоляционную вставку, узел запуска, аэрозолеобразующий заряд, блок с композитным материалом, содержащим керамическое волокно и охлаждающий агент, сетчатый экран, вставку с каналами для струй, герметизирующие пленки, одна из которых наклеена на вставку, а другая наклеена на нижнюю поверхность верхней крышки, блок с охлаждающим сверхмелкозернистым порошком, и верхнюю крышку с соплами Лаваля.

Известное устройство имеет такой же существенный недостаток, как и устройство по патенту RU 2116090 C1, причем оно содержит два блока с охладителем, наличие которых приводит к снижению огнетушащей способности устройства, один блок включает композитный материал, содержащий керамическое волокно и охлаждающий агент для снижения температуры струй аэрозоля, а другой – охлаждающий сверхмелкозернистый порошок.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства является решение по патенту RU 2767755C1, опубл. 21.03.2022, в котором раскрыто устройство для объемного аэрозольного пожаротушения, которое содержит корпус, снабженный днищем и сопловой крышкой, аэрозолеобразующий заряд, выполненный в виде бесканальной шашки и закрепленный внутри корпуса защитно-крепящим слоем со стороны боковой поверхности, камеру догорания, сформированную внутри корпуса, узел запуска, установленный в крышке, и соединенную с корпусом эжектирующую насадку. При этом в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища выполнена полость, заполненная пламегасящим составом. Сопловая крышка снабжена соплами с критическим сечением и тепловой защитой с внутренней стороны. Причем сопла выполнены таким образом, что проходят через крышку с тепловой защитой и выступают наружу от внешней поверхности крышки. Известное устройство обеспечивает высокую огнетушащую способность в том числе, в помещениях больших объемов. Недостатком данной конструкции является то, что высокотемпературные газы, движущиеся от горящего торца шашки, могут проникать в зону верхней части корпуса и места соединения его с крышкой, что в совокупности может привести к интенсивному нагреву и деформации этой части устройства, а также к повреждению лакокрасочного слоя.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в расширении линейки устройств объемного аэрозольного пожаротушения, применяемых, в том числе, в помещениях с большими объемами.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении эффективной работоспособности изделия в условиях длительного теплового воздействия на элементы конструкции.

Для решения задачи и достижения технического результата предлагается устройство для объемного аэрозольного пожаротушения, содержащее корпус, снабженный днищем и сопловой крышкой, аэрозолеобразующий заряд, выполненный в виде бесканальной шашки, защитно-крепящий слой (ЗКС), камеру догорания, сформированную внутри корпуса, узел запуска, установленный в крышке, и соединенную с корпусом эжектирующую насадку. При этом в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища выполнена полость, заполненная пламегасящим составом, сопловая крышка снабжена соплами с критическим сечением и выступающей внутрь корпуса тепловой защитой. Сопла выполнены таким образом, что проходят через крышку с тепловой защитой и выступают наружу от внешней поверхности крышки. При этом устройство содержит антиадгезионный разделительный слой, нанесенный на внутреннюю поверхность боковой стенки корпуса и расположенный между защитно-крепящим слоем и указанной поверхностью, причем защитно-крепящий слой имеет такую конфигурацию, что внешняя боковая поверхность тепловой защиты крышки контактирует с ним.

В качестве защитно-крепящего слоя используют смесь кремнийорганического компаунда с катализатором холодного отверждения и минеральным наполнителем, в том числе, в виде стеклянных микросфер.

Шашка выполнена из состава с отрицательным кислородным балансом, а в качестве пламегасящего состава используют кислый углекислый калий или азосоединения, или сульфонилгидразины, или нитроазосоединения, или азиды кислот, сульфат алюминия или его кристаллогидрат или другие соединения, выделяющие при эндотермическом разложении пары воды и другие негорючие газы.

Полость в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища выполнена цилиндрической или конической.

Конструкция предлагаемого устройства обеспечивает струйное истечение аэрозоля, при котором отдельные струи не сливаются между собой и не пересекаются с внутренней поверхностью эжектирующей насадки, что обеспечивает отсутствие потерь аэрозоля на элементах конструкции устройства, а также сохранение температуры на выходе из генератора на приемлемом уровне.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлен общий вид устройства в разрезе.

Устройство содержит корпус 1, снабженный днищем 2 и сопловой крышкой 3, аэрозолеобразующий заряд 4, выполненный в виде бесканальной шашки. Указанная шашка закреплена внутри корпуса защитно-крепящим слоем 5 со стороны боковой поверхности (этот слой удерживает заряд в корпусе и обеспечивает горение заряда только с одного торца – со стороны сопловой крышки), камеру догорания 6, сформированную внутри корпуса 1, узел запуска 7, установленный в крышке 3, и соединенную с корпусом эжектирующую насадку 8. Камера догорания 6 сформирована между крышкой 3 и зарядом 4. При этом в центральной части торцевой поверхности заряда 4 со стороны днища 2 выполнена полость 9, заполненная пламегасящим составом, т.е. веществом, разлагающимся с поглощением тепла и образованием продуктов, не поддерживающих горение. Сопловая крышка 3 с внутренней стороны снабжена тепловой защитой 10, выступающей внутрь корпуса и соплами 11 с критическим сечением. Сопла 11 выполнены таким образом, что проходят через крышку 3 с тепловой защитой 10 и выступают наружу от внешней поверхности крышки 3 с целью отдаления высокотемпературных областей аэрозольного потока от крышки 3 и снижения уровня ее нагрева. Каждое сопло 11 имеет канал с критическим (наименьшим) сечением, выполненным, например, в выходной части сопла. Длина участка сопла с наименьшим сечением может быть равной приблизительно 0,5d, где d – диаметр критического сечения. Диаметр критического сечения сопла определяет длину начальной высокотемпературной области аэрозольной струи и его наибольший размер не должен превышать 10…15 мм. Количество сопел определяется в зависимости от необходимой для обеспечения работы устройства общей площади критических сечений и конструктивно-технологических соображений при компоновке генератора. Крепление крышки 3 к корпусу обеспечивается резьбовым соединением, либо отгибаемыми элементами, либо применением разжимных стопорных колец или заклепок.

Аэрозолеобразующий заряд 4 окружен защитно-крепящим слоем 5, который, в свою очередь, контактирует с металлическим тонкостенным корпусом. Заряд 4 и корпус 1 являются жесткими элементами, ЗКС 5 имеет определенную эластичность. Температурные коэффициенты каждого из этих элементов различны. При колебаниях температуры эластичности ЗКС 5 может оказаться недостаточно для компенсации возникающих деформаций и тогда возможно появление отслоений либо по границе «шашка-ЗКС», либо по границе «ЗКС-корпус». При этом отслоение по границе «шашка-ЗКС» недопустимо. Для предотвращения указанного отслоения перед заполнением зазора между стенкой корпуса 1 и топливной шашкой материалом защитно-крепящего слоя 5 предлагается нанесение на внутреннюю поверхность боковой стенки корпуса антиадгезионного разделительного слоя 15. В качестве такого слоя возможно применение полиэтиленовой пленки, различных смазок, например: антифрикционной многоцелевой литиевой смазки марки ЦИАТИМ-201 или аналогов, или специальной разделительной смазки на основе воска или силикона. Таким образом, при изготовлении предлагаемого устройства сначала на внутреннюю боковую поверхность стенки корпуса 1 наносят антиадгезионный разделительный слой 15. Затем в корпус 1 устанавливают заряд и осуществляют заливку защитно-крепящего слоя непосредственно в корпус 1 с установленным зарядом 4, при этом конфигурацию ЗКС 5 формируют так, чтобы выступающая внутрь корпуса тепловая защита 10 крышки 3 своей внешней боковой поверхностью контактировала с ЗКС 5 (когда устройство собрано), причем ЗКС 5 доходит до места установки крышки 3. Контактирует в данном случае означает, что между тепловой защитой 10 крышки 3 и защитно-крепящим слоем 5 отсутствует какой-либо технологический зазор, однако точность изготовления не всегда позволяет обеспечить полный контакт, и в некоторых точках контактирующих элементов 10 и 5 может иметь место минимальный зазор, величина которого не должна быть более 2 мм. Отсутствие зазора приводит к тому, что горячие газы не будут оказывать сильного теплового воздействия на область стыка корпуса и крышки, что повышает надежность герметизации данного стыка и соответственно предотвращает нагрев крышки и части корпуса около крышки и их деформацию.

В качестве минерального наполнителя защитно-крепящего слоя используют, например, мраморную пыль, стеклянные микросферы. Стеклянные микросферы представляют собой инертные, сферические частицы на основе, например, натрий борсиликатного стекла, наполненные воздухом, отличающиеся высокой твердостью, насыпная плотность которых около 180…200 кг/м³. Масса ЗКС с использованием в качестве минерального наполнителя стеклянных микросфер может быть уменьшена примерно в 2,5 раза.

Тепловая защита 10 крышки 3 может быть выполнена из любого негорючего и стойкого до температур порядка 1000^оС теплоизоляционного материала, например, из таблетированного охладителя (на базе основного карбоната магния), который может удерживаться колпаком 12 из стального листа, соединенным с крышкой, или любым другим известным способом.

Установка и крепление устройства может осуществляться с помощью кронштейна 13. Металлическое кольцо 14 образовывает объем камеры сгорания и дополнительно обеспечивает тепловую защиту стенки корпуса в зоне камеры догорания.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Узел запуска 7 срабатывает автоматически от системы противопожарной защиты или приводится в действие вручную. Поджигается заряд 4, размещенный в корпусе 1. Торцевое горение заряда 4 проходит в направлении от крышки 3 к днищу 2. При окончании работы генератора вскрывается полость 9, и в реакцию вступает вещество, которое разлагается с поглощением тепла и образует продукты, не поддерживающие горение, за счет чего процесс догорания недоокисленных продуктов, образующихся при применении рецептур АОС с отрицательным кислородным балансом, после окончания работы ГОА исключается. Течение продуктов сгорания происходит в направлении от горящего торца заряда 4 через камеру догорания 6 к соплам 11. Образовавшиеся при сгорании заряда 4 продукты истекают через сопла 11 в защищаемый объем. При предлагаемом исполнении сопел струи аэрозоля не пересекаются между собой, каждая из них сохраняет свои характеристики, в том числе, малую длину высокотемпературного начального участка. Отдаление выходных сечений сопел от поверхности крышки в совокупности с тепловой защитой 10, а также наличие контакта между тепловой защитой крышки и защитно-крепящим слоем предотвращает нагрев крышки и части корпуса около крышки и их деформацию.

Струи аэрозоля, проходя через цилиндрическую эжектирующую насадку 8, охлаждаются, смешиваются с поступающим снаружи воздухом и поступают в защищаемый объем, подавляя очаг пожара.

Были проведены испытания образцов устройства по прототипу и предлагаемого устройства. Результаты приведены в примерах.

Пример 1

Испытывали устройство, конструкция которого описана в прототипе, для защиты помещения объемом до 125 м³ с массой топливного заряда 5 кг, временем работы 115 с, диаметром корпуса генератора – 172 мм. Испытания проводились по стандарту ISO 15779, модельный очаг пожара представляет собой квадратный стальной поддон размером 500×500 мм, заполненный н-гептаном. Модельный очаг пожара успешно потушен.

Однако при проведении испытаний наблюдался опасный рост давления в камере сгорания. Анализ результатов показал, что наиболее вероятной причиной этого являлось локальное отслоение ЗКС от боковой поверхности шашки. Также, после окончания работы отмечались случаи подгорания красочного покрытия на корпусе в зоне его соединения с сопловой крышкой.

Пример 2. Испытывали конструкцию устройства согласно изобретению с массой топливного заряда 5 кг, временем работы 115 с, диаметром корпуса генератора – 172 мм, для защиты помещения объемом до 125 м³. Использовали заряд из состава с отрицательным кислородным балансом (состав КЭП), содержащего (% мас.): нитрат калия 70,4, дициандиамид - 16,5, эпоксидная смола 5,2, идитол - 6,5, технологические добавки - 1,4. В качестве пламегасящего состава, расположенного в полости, выполненной в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища, использовали кристаллогидрат сульфата алюминия, разлагающийся с поглощением тепла и образованием продуктов, не поддерживающих горение. Защитно-крепящий слой выполняли из смеси креймнийорганического компаунда с катализатором холодного отверждения и минеральным наполнителем дисперсностью ≤0,6 мм. При изготовлении предлагаемого устройства на внутреннюю боковую поверхность стенки корпуса наносили антиадгезионный разделительный слой в виде смазки на основе силикона, а затем в корпус устанавливали заряд и осуществляли заливку защитно-крепящего слоя непосредственно в корпус с установленным зарядом, обеспечивая такую конфигурацию ЗКС, чтобы тепловая защита крышки контактировала с ним. Испытание произведено по стандарту ISO 15779, модельный очаг пожара представляет собой квадратный стальной поддон размером 500×500 мм, заполненный н-гептаном. Модельный очаг пожара успешно потушен. Догорание газов при останове устройства отсутствует. Опасного роста давления в камере сгорания не наблюдалось. Подгорание красочного покрытия на корпусе в зоне его соединения с сопловой крышкой отсутствует.

Пример 3

Испытывали конструкцию устройства согласно изобретению с массой топливного заряда 3 кг, временем работы 80 с, диаметром корпуса генератора – 172 мм, для защиты помещения объемом до 60 м³. Использовали заряд как в Примере 2, защитно-крепящий слой выполняли из смеси креймнийорганического компаунда с катализатором холодного отверждения и минеральным наполнителем в виде стеклянных микросфер, что позволило уменьшить массу изделия на 1,3 кг. Испытание произведено по стандарту ISO 15779, как в Примере 2. Модельный очаг пожара успешно потушен. Догорание газов при останове устройства отсутствует. Опасного роста давления в камере сгорания не наблюдалось. Подгорание красочного покрытия на корпусе в зоне его соединения с сопловой крышкой отсутствует.

Как показывают результаты испытаний, предлагаемая конструкция обеспечивает стабильную эффективную работоспособность в условиях длительного (более 40 с) теплового воздействия на элементы конструкции в защищаемых помещениях различных, в том числе больших, объемов без догорания газов, истекающих из сопел устройства на завершающем этапе его работы, без деформации устройства, а также без повреждения лакокрасочного слоя.

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к устройствам для объемного аэрозольного пожаротушения, обеспечивающим подавление возгорания за счет воздействия на очаг аэрозольной среды, образующейся при сжигании твердого заряда аэрозолеобразующего состава (АОС). Устройство содержит корпус, снабженный днищем и сопловой крышкой, аэрозолеобразующий заряд, выполненный в виде бесканальной шашки, защитно-крепящий слой, камеру догорания, сформированную внутри корпуса, узел запуска, установленный в крышке, и соединенную с корпусом эжектирующую насадку, при этом в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища выполнена полость, заполненная пламегасящим составом, сопловая крышка снабжена соплами с критическим сечением и выступающей внутрь корпуса тепловой защитой, сопла выполнены таким образом, что проходят через крышку с тепловой защитой и выступают наружу от внешней поверхности крышки, при этом устройство содержит антиадгезионный разделительный слой, нанесенный на внутреннюю поверхность боковой стенки корпуса и расположенный между защитно-крепящим слоем и указанной поверхностью, причем защитно-крепящий слой имеет такую конфигурацию, что внешняя боковая поверхность тепловой защиты крышки контактирует с ним. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении эффективной работоспособности изделия в условиях длительного теплового воздействия на элементы конструкции. 3 з.п. ф-лы. 1 ил., 3 пр.

1. Устройство для объемного аэрозольного пожаротушения, содержащее корпус, снабженный днищем и сопловой крышкой, аэрозолеобразующий заряд, выполненный в виде бесканальной шашки, защитно-крепящий слой, камеру догорания, сформированную внутри корпуса, узел запуска, установленный в сопловой крышке, и соединенную с корпусом эжектирующую насадку, при этом в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища выполнена полость, заполненная пламегасящим составом, сопловая крышка снабжена соплами с критическим сечением и выступающей внутрь корпуса тепловой защитой, сопла выполнены таким образом, что проходят через сопловую крышку с тепловой защитой и выступают наружу от внешней поверхности сопловой крышки, отличающееся тем, что устройство содержит антиадгезионный разделительный слой, нанесенный на внутреннюю поверхность боковой стенки корпуса и расположенный между защитно-крепящим слоем и указанной поверхностью, причем защитно-крепящий слой имеет такую конфигурацию, что внешняя боковая поверхность тепловой защиты сопловой крышки контактирует с ним.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве защитно-крепящего слоя используют смесь кремнийорганического компаунда с катализатором холодного отверждения и минеральным наполнителем, в том числе, в виде стеклянных микросфер.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шашка выполнена из состава с отрицательным кислородным балансом, а в качестве пламегасящего состава используют кислый углекислый калий или азосоединения, или сульфонилгидразины, или нитроазосоединения, или азиды кислот, сульфат алюминия или его кристаллогидрат или другие эндотермические соединения, выделяющие при разложении пары воды и другие негорючие газы.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полость в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища выполнена цилиндрической или конической.