Устройство газопорошкового пожаротушения настенного размещения Российский патент 2024 года по МПК A62C35/02 F17C13/08 

Изобретение относится к области пожаротушения и касается конструкции модуля газопорошкового пожаротушения настенного размещения, используемого в качестве средства тушения пожара в закрытом объеме условно герметичного помещения в объеме, ограниченном стенами, методом обволакивания зоны возгорания газопорошковой смесью, исключающей доступ кислорода к этому очагу с возможностью тушения не только в объеме, но по объему, защищая объекты, находящиеся в зоне диаграммы распыла, так же может применяться для наружных установок.

В частности, в рамках настоящей заявки рассматривается конструкция модуля, выполненного с функцией либо автоматического инициирования либо с функцией удаленной подачи управляющего сигнала для инициирования процесса химической реакции с целью образования газопорошкового тушащего облака, направляемого в область возгорания или охватывающего область возгорания. В частности, рассматривается устройство, используемое для размещения на одной стене помещения с целью подачи газопорошковой тушащей среды в направлении противоположной стены.

Модули газопорошкового пожаротушения, несмотря на общность с огнетушителями ручного инициирования путем перемещения рычага в применении вытесняющего газа и порошка, имеют отличия в том, что инициирование начала химической реакции происходит либо полностью автоматически, либо при нажатии на удаленно находящуюся кнопку. Выброс газопорошкового облака происходит практически мгновенно и из-за этого в объеме, покрывающем практически весь объем помещения. Это приводит к быстрому и надежному тушению возгорания. Другой особенностью является то, что создание масштабного газопорошкового пламягасящего облака не зависит от объема химических реагентов, а зависит от скорости выхода газа, приравненной к скорости реакции этих химических реагентов. Это позволяет существенно уменьшить вес пожаротушащего модуля.

Современное развитие общества в части развития и усложнения инфраструктур социального назначения приводит к росту техногенных последствий, обусловленных отказами техники, человеческим фактором и природными явлениями.

Зависимость от техногенных последствий обусловила потребность в создании средств, позволяющих без участия человека обеспечить гашение очага пожара в начальной стадии его развития. Для этой цели были созданы газопорошковые огнетушители в форме закрепляемых на потолке помещения или на его стенках емкостей и баллонов, содержащих химические раздельно хранимые средства, при соединении которых происходит реакция с выделением газотушащего состава, распыляемого по объему помещения.

Так, известно устройство пожаротушения порошкового типа, содержащее баллон с отбойной крышкой и огнетушащим порошком, пуско-запорное устройство, баллон с газом под давлением, средство подачи газа при соотношении массы газа и порошка 1:0,2 - 1:7, несущее на концйе выпускной насадок, источник газа связан через сифонную трубку с проходным сечением, составляющим 0,05 - 0,2 площади проходного сечения выпускного насадка, закрепленную в отбойной крышке, с полостью баллона с огнетушащим порошком, при этом нижний торец сифонной трубки расположен на расстоянии от днища порошкового корпуса не более 1/10 и не менее 1/50 высоты засыпанного огнетушащего порошка, а выпускной насадок выполнен в виде перфорированной трубы с колпачком, герметично закрывающим перфорацию и зачеканенным калиброванной срезаемой чекой, причем соотношение площадей перфорации и проходного сечения выпускного насадка составляет 0,3 - 0,8 (RU 2193427, А62С 13/66, опубл. 27.11.2002 г.).

Это решение принято в качестве прототипа.

В данном патенте решалась задача повышения эффективности выброса порошка за счет повышенного расхода газопорошковой смеси в первоначальный момент после срыва колпачка. При этом во фронте распыляемой газопорошковой смеси образуется "скачок" уплотнения, который, распространяясь сверху вниз полусферой, производит срыв пламени, а последующие порции огнетушащей смеси не позволяют очагу пожара повторно воспламениться. Высокий процент использования порошка объясняется тем, что в данной конструкции сжиженный газ подается через сифонную трубку сверху вниз, при этом струя сжиженного газа ударяется о дно порошкового корпуса и растекается по всей площади дна и, испаряясь, псевдоожижает порошок и выбрасывает его через отверстие в отбойной крышке в выпускной насадок.

Конструктивно устройство включает в себя два баллона расположенных на расстоянии друг от друга и сообщенных металлической трубкой. По сути, это устройство представляет собой огнетушитель с раздельным хранением газа и порошка, соединение которых происходит после срабатывания пуско-запорного узла ручного управления.

Поведение порошка и газа как разнородных по структуре и свойствам компонентов различно. При работе огнетушителей главное внимание уделяется давлению, которое формируется внутри баллона и которое определяет быстроту старта и продолжительность подачи огнетушащего вещества. Например, давление газа в огнетушителе составляет 16 ат. Считается, что это давление сохраняется в течение всего времени выброса порошка. В реальности, процесс выброса делится на отдельные фазы. В начальной фазе, когда а давление внутри баллона равно 16 ат, это давление определяет скорость выброса порошка за счет выдавливания порошка через сопло/раструб. Но, так как система при подаче порошка является открытой, то наступает фаза, при которой давление начинает снижаться и снижение проходит до момента выравнивания внутреннего давления в баллоне до атмосферного давления. Это приводит к уменьшению объема расходуемого на выброс порошка. Поэтому, как показывает практика, в баллоне после срабатывания всегда остается остаточный порошок. Это вызвано ем, что скорость выхода газа в направлении из области высокого давления в область низкого давления (атмосферная среда) не зависит от наличия порошка. В этом случае наружу выходит только тот порошок, который захватывается потоком газа. Предположение, что газ выдавливает весь порошок ошибочно: газ проходит через гранулы порошка и захватывает отдельные гранулы в потоке. Но из-за высокой скорости истечения (50 м/с) в месте с газом выходит большая часть порошка.

Для увеличения продолжительности сохранения давления в баллоне с порошком в известном патенте использован прием задержки выхода газа через раструб до момента срыва колпачка. Местное сопротивление на выходе позволяет проникнуть газу между гранулами порошка (режим псевдоожижения) по всей структуре порошка. Это позволяет обеспечить выход газа с большим количеством гранул порошка в темпе скорости выхода газа.

Рассмотренный пример касается так5ого типа устройства пожаротушения, которое можно отнести к переносным или ручного пользования. Но в патенте представлена схема исполнения устройства, которое относится к категории раздельного хранения, то есть баллон с газом под давлением, например, 16 ат, расположен отдельно от баллона с порошком, в котором давление равно атмосферному. Такие раздельно стоящие баллоны переносить трудно и небезопасно. При раздельном хранении компонентов устройство переносится в категорию опасных для использования человеком по причине высокого давления в одном из баллонов. Но из-за возможности увеличения объема баллона с газом стало возможным уменьшить давление, например, до 10 ат. Это снижает вероятность несанкционированного выхода газа по причине разрушения корпуса баллона или перегрева, но не гарантирует полную безопасность. При длительном хранении газ или порошок могут изменять свой исходные свойства, что отражается на функциональности устройства пожаротушения. Для увеличения срока жизни в этих условиях при закачке газом увеличивают немного внутреннее давление, что положительно сказывается на выбросе порошка и скорости выброса, но может привести к последствиям в случае нарушения условий хранения или применения.

Особенностью решения по прототипу является то, что в устройстве оба баллона должны быть четко спрозиционированы относительно друг друга как единая неразделяемая структура. Это объясняется тем, что оба баллона соединены между собой металлической трубкой, по которой газ под давлением поступает в баллон с порошком. Поломка этой трубки приведет в неработоспособности устройства. Но сама трубка не является силовым элементом, который может оба баллона удержать. Это просто сгон, вкручиваемый в оба баллона. В связи с этим оба баллона при такой схеме соединения должны плотно прилегать друг к другу. Но и в этом случае остается высокой вероятность неправильного положения сгона (перекос), что может привести к нарушению резьбовых соединений, что приводит к разгерметизации связи при пуске газа в баллон с порошком.

В патенте указано, что порошок с газом выходит через перфорированный насадок, образуя фронт распыления в форме полусферы за счет скачка давления. Но насадок выполнен в виде трубы с отверстиями в стенке и с открытым торцевым выходом с размером существенно большим размера отверстий. Исходя из схемы насадка отверстия используются в качестве сопротивлений для повышения давления с целью срезания чеки (для сброса закрывающего насадок колпачка). То есть после сброса колпачка порошок с газом выходит только через трубу, то есть линейно. При таком выходе распыление в форме полусферы не получается. Идет распыл по углу (как в обычном огнетушителе), и форма распыла напоминает конус, раскрытие которого прямо связано с падением давления газа в выброшенном порошке.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной безопасности за счет крепления разнесенных и связанных металлической трубкой друг от друга баллонов на посадочной раме, позволяющей устройство преобразовать в готовый модуль газопорошкового пожаротушения с выверенным в заводских условиях взаимным расположением баллонов и связей между ними.

Указанный технический результат достигается тем, что в Устройстве газопорошкового пожаротушения настенного размещения, содержащее баллон с порошковым веществом, сообщенный с патрубком выпуска газопорошковой смеси в окружающую среду, имеющим на своем конце распылитель, баллон с газом высокого давления, через запорно-пусковой узел сообщенный с баллоном с порошковым веществом, при этом выход запорно-пускового узла сообщен через металлическую трубку с полостью баллона с порошковым веществом, выход которого герметизирован разрываемой мембраной, для настенного размещения оба баллона закреплены на навешиваемой на стену раме, выполненной в виде замкнутой по периметру рамки с двумя боковыми вертикально ориентированными стойками, соединенными между собой разнесенными по высоте стоек поперечинами в виде пластин с проемами, используемыми для крепления концов хомутов при закреплении баллонов на двух верхних поперечинах, и ложементами, закрепляемыми в проемах на двух нижних поперечинах, используемых для размещения донных частей баллонов и имеющих ответные элементы для закрепления концов хомутов на боковых стенках этих ложементов, а запорно-пусковой узел и металлическая трубка выведены в зону верхней части рамки над верхнерасположенной поперечиной.

В этом устройстве распылитель может быть выполнен в виде одеваемого на патрубок колпачка с дугообразно выпуклой торцевой стенкой, в которой от отверстия в центре радиально отходят щелевые прорези. Для случая размещения устройства в одном помещении, а распылителя в другом помещении патрубок выполнен в виде трубы с внутренним диаметром 21±1 мм и длиной не более 12 м с не более тремя изгибами под 90°.

Кроме того, рама может быть выполнена на стойках с элементами прикрепления кожуха коробчатого типа, являющегося крышкой для закрывания баллонов.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

Фиг. 1 - общий вид устройства газопорошкового пожаротушения для настенного размещения;

фиг. 2 - продольное сечение запорно-пускового узла;

фиг. 3 - общий вид щелевого распылителя;

фиг. 4 - размещение устройства газопорошкового пожаротушения внутри помещения;

фиг. 5 - размещение устройства газопорошкового пожаротушения в коробе;

фиг. 6 - общий вид задней стенки короба;

фиг. 7 - вид на заднюю стенку в плане.

Согласно настоящему изобретению, рассматривается конструкция устройства газопорошкового пожаротушения настенного размещения, в виде готового и самостоятельного по функционированию модуля газопорошкового пожаротушения с автоматическим инициированием химической реакции или с инициированием в режиме удаленной посылки управляющего сигнала на начало химического процесса. Это указывает на то, что процесс пожаротушения начинается либо без участия человека или с его участием на удалении от очага возгорания. Например, кнопка удаленного инициирования может быть выведена на стену помещения или в другое помещение или выполнена с функцией срабатывания от дистанционного пульта.

Устройство предназначено для закрепления на стене в верхней части стены выше половины высоты стены (фиг. 4). При этом рассматривается устройство состоящее из двух баллонов общей вместимостью 10 л (объем).

Согласно блок-схеме, представленной на фиг. 1, устройство газопорошкового пожаротушения настенного размещения включает в себя баллон 1 с порошковым веществом (в виде емкости для размещения порошка массой 6,7±0,3 кг), сообщенный с патрубком 2 выпуска газопорошковой смеси в окружающую среду. Этот патрубок выполнен на своем конце с распылителем 3. На баллон 4 с газом высокого давления (в виде емкости для размещения применяемого рабочего газа (двуокиси углерода) массой 6 3,1±0,1 кг) накручен запорно-пусковой узел 5, который сообщен с полостью баллона 1 с порошковым веществом через металлическую трубку 6, имеющую на концах резьбу для герметичного ввинчивания в стенку баллона 1 и в выходной канал узла 5. В полости баллона 1 может быть расположена сифонная трубка, протянутая от отверстия в стенке баллона 1 для трубки 6 до дна баллона.

Выход баллона 4 высокого давления с газом сообщен с отдельным запорно-пусковым узлом 7 (фиг. 1 и 2), которое одним концом 8 ввернуто или вставлено в носик баллона 4 и позиционируется этим баллоном как его продолжением. Конструктивно запорно-пусковой узел 7 состоит из корпуса 9, внутри которого размещена полая втулка 10, пружиной поджатая в сторону от разрываемой мембраны 11, которая герметизирует полость баллона 4 от сообщения с полостью баллона 1. В корпусе выполнен поперечный канал, в котором размещен пиротехнический элемент 12, и выходная часть этого канала сообщена с управляющей полостью полой втулки 10. Пиротехнический элемент 12 выполнен с контактными проводами 13, которые пропущены через ввернутую в корпус запорно-пускового узла трубчатую направляющую 14 и соединены с контактными группами в коммуникационном блоке, связанном с системой инициирования химической реакции. Провода пиротехнических элементов, заключенные в жесткие трубчатые направляющие, подключены к используемому для связи с источником электропитания коммуникационному блоку, закрепленному на этих трубчатых направляющих, как на опорах.

Входная контактная группа коммуникационного блока предназначена для подключения либо к датчику температуры или газоанализирующему датчику, которые могут функционировать как инициаторы выдачи управляющего сигнала пиротехническому элементу для его подрыва либо к проводной системе связи с удаленно расположенной кнопкой, нажатием которой обеспечивают выдачу управляющего сигнала пиротехническому элементу для его подрыва. При получении сигнала происходит подрыв пиротехнического элемента, газовое давление от которого поступает в управляющую полость полой втулки 10 и, преодолевая усилии поджатая пружины, смещает втулку в сторону мембраны и прорывает ее, обеспечивая прохождение газового потока через полость втулки к выходу из корпуса и в сильфонную трубку.

Учитывая данное компоновочное построение блок-схемы становится ясной необходимость сохранения механических связей и исключения действия на них динамических нагрузок.

По блок-схеме оба баллона расположены на некотором расстоянии друг от друга, исключающем соприкосновение стенок. Это требование обусловлено тем, что каждый баллон содержит вещество, свойства которого не совпадают со свойствами вещества в другом баллоне. Например, при применении сжиженного углекислого газа для баллона 4 и его поступлении в сильфонную трубку происходит температурное преобразование, приводящее к понижению температуры до -70°С. А при нагреве окружающей средой (под действием ультрафиолета или высокой температуры в помещении) этот сжиженный газ начинает расширяться, повышая внутренне давление в баллоне.

Выходной канал баллона 1 герметизирован разрываемой мембраной, которая разрывается при повышении давления в среде порошка. В этом случае полость баллона 1 сообщается с полостью патрубка 2. Недостаток данной блок-схемы заключен в том, что устройство функционирует только в случае полной целостности трубки и полной герметизации мест вкручивания металлической трубки в баллоны. Применение резьбовых соединений оправдано для систем, работающих под давлением, но требует неизменяемости положения узла вкручивания и исключения боковых или изгибающих нагрузок на этот узел. Герметизация места вкручивания/ввинчивания резьбового штуцера осуществляется прокладкой, которую притягивают/придавливают головкой или отбортовкой штуцера. Но при этом следует понимать, что крепление любого ввинчиваемого элемента в теле осуществляется не всем количеством витков резьбы, а только последним участком резьбы в виде полтора витка. Именно на этой части происходит выборка зазоров и заклинивание резьбы. Но при приложении бокового усилия или момента контактное взаимодействие этих полтора витка меняется и длина контактного участка уменьшается, что приводит к появлению зазора и нарушению герметизации. В связи с тем, что в баллоне 4 рабочее давление при температуре 21°С равно 10 (100) МПа (кгс/см²), необходимо позиционировать оба баллона так, чтобы на металлическую трубку 6 с резьбовыми частями на концах не действовали никакие нагрузки, то есть трубка должна быть разгружена.

Разгрузка трубки 6 обеспечивается тем, что все компоненты устройства монтируются в заводских условиях на специальной раме 15 (фиг. 5-7), навешиваемой на стенку на заданном уровне высоты, исходя их объема помещения (устройство применяется для объемов 60-90 м³).

Рама выполнена в виде замкнутой по периметру рамки с двумя боковыми вертикально ориентированными стойками 16, соединенными между собой разнесенными по высоте стоек поперечинами в виде пластин 17-20 с проемами 21, используемыми для крепления концов хомутов 22 при закреплении баллонов на двух верхних поперечинах 17 и 18, и ложементами 23, закрепляемыми в проемах на двух нижних поперечинах 19 и 20, используемых для размещения донных частей баллонов 1 и 4 и имеющих ответные элементы для закрепления концов хомутов на боковых стенках этих ложементов.

В верхней части рамки над верхнерасположенной поперечиной 17 образовано пространство для размещения в нем запорно-пускового узла и металлической трубки.

Стойки рамы и связывающие их поперечные элементы выполнены уголковой формы в поперечном сечении, а поперечины 17-20 выполнены из пластин с отогнутыми про длине пластин краями, что обеспечивает пространственное формоудержание рамы. То есть рама хорошо сопротивляется изгибным моментам.

Применение поперечин на разной высоте рамки вызвано тем, что баллоны выполнены разной длины, что требует элементов прикрепления хомутов на разной высоте рамки.

Такая рама позволяет выверенно укрепить баллоны в и связанные с ними элементы блок-схемы в точном координатном положении, исключающем нагрузку на металлическую трубку 6. Рама выполнена на стойках с элементами прикрепления кожуха коробчатого типа, являющегося крышкой для закрывания баллонов. Это позволяет получить законченный модуль газопорошкового пожаротушения.

Особенностью такого модуля является то, что он может быть закреплен на стене одного помещения, а патрубок с распылителем может быть выведен в другое помещение. Или модуль может располагаться довольно далеко от места возможного возгорания. Для этой цели патрубок выполняется в виде трубы с внутренним диаметром 21±1 мм и длиной не более 12 м с не более тремя изгибами под 90°. Длина патрубка и размер его сечения определены экспериментально исключительно для блок-схемы с баллонами общей вместимостью 10 л. Испытания показали, что при длине патрубка до 12 м и при рабочем давлении в баллоне 4, равном 10 Мпа, была зафиксирована сила тяги при истечении смеси из насадка распыления равная 160 кГс при скорости струи на срезе распылителя, в зависимости от температуры окружающей среды 70 - 80 м/с. При этом длина струи превышала 6 м. Время истечения не менее 5 с.

Такие результаты были получены благодаря использования патрубка с внутренним диаметром 21±1 мм с распылителем 3 специально разработанной формы, выполненным в виде одеваемого на патрубок колпачка с дугообразно выпуклой торцевой стенкой, в которой от отверстия 24 в центре радиально отходят щелевые прямые прорези 25. Известно, что скорость выброса и продолжительность выброса газопорошковой смеси прямо зависят от начального давления газа и скачка перепадов давления на границе «давление на выходе патрубка-атмосферное давление». При отсутствии насадки распыл прямо зависит от исходного давления, смесь, попадая в среду с атмосферным давлением, теряет энергию скорости за счет перехода в среду и смешивания с воздухом. При таком исполнении невозможно получить дальние струи истечения газопорошковой смеси (распыл смеси в виде конуса).

При применении распылителя щелевого типа со щелями, близкими к критическому размеру прохода картина выхода струи смеси изменяется. По сути, проход смеси под давлением через щель повторяет картину поведения газов, исходящих из сопла Л аваля. На входе в щель давление внутри патрубка определяется исходным давлением газов. В зоне щелей образуется зона сопротивления выходу смеси по типу гидравлического дросселя. Но на выходе из щели формируется сверхзвуковой поток с давлением ниже атмосферного, что позволяет осуществить развязку по давлению. Перевод потока через скорость звука в сверхзвуковых соплах Лаваля исключает формирование прямых скачков уплотнения в потоке и тем самым приводит к снижению затрат энергии на взаимодействие с окружающим воздухом. Это позволяет увеличить расстояние распыла смеси. Так как щели расположены радиально и по окружности донной части колпачка, то образуется веерообразный выход смеси. Эти особенности поведения выходящего потока смеси позволяют сохранить высокое давление газа на участке патрубка длиной до 12 м.

Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть многократно повторено. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную безопасность устройства за счет трансформации его в модуль с гарантированным позиционированием компонентов и неизменяемым их положением.

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к устройству газопорошкового пожаротушения настенного размещения, содержащему баллон с порошковым веществом, сообщенный с патрубком выпуска газопорошковой смеси в окружающую среду, имеющим на своем конце распылитель, баллон с газом высокого давления, через запорно-пусковой узел сообщенный с баллоном с порошковым веществом, при этом выход запорно-пускового узла сообщен через металлическую трубку с полостью баллона с порошковым веществом, выход которого герметизирован разрываемой мембраной, при этом оба баллона обладают общей вместимостью 10 л и закреплены на раме, выполненной с возможностью настенного размещения, выполненной в виде замкнутой по периметру рамки с двумя боковыми вертикально ориентированными стойками, соединенными между собой разнесенными по высоте стоек поперечинами в виде пластин с проемами, в которых закреплены концы хомутов, крепящих баллоны на двух верхних поперечинах, в проемах на двух нижних поперечинах закреплены ложементы, в которых размещены донные части баллонов, при этом боковые стенки ложементов имеют ответные элементы, в которых закреплены концы хомутов, а запорно-пусковой узел и металлическая трубка выведены в зону верхней части рамки над верхнерасположенной поперечиной. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство газопорошкового пожаротушения настенного размещения, содержащее баллон с порошковым веществом, сообщенный с патрубком выпуска газопорошковой смеси в окружающую среду, имеющим на своем конце распылитель, баллон с газом высокого давления, через запорно-пусковой узел сообщенный с баллоном с порошковым веществом, при этом выход запорно-пускового узла сообщен через металлическую трубку с полостью баллона с порошковым веществом, выход которого герметизирован разрываемой мембраной, отличающееся тем, что оба баллона обладают общей вместимостью 10 л и закреплены на раме, выполненной с возможностью настенного размещения, выполненной в виде замкнутой по периметру рамки с двумя боковыми вертикально ориентированными стойками, соединенными между собой разнесенными по высоте стоек поперечинами в виде пластин с проемами, в которых закреплены концы хомутов, крепящих баллоны на двух верхних поперечинах, в проемах на двух нижних поперечинах закреплены ложементы, в которых размещены донные части баллонов, при этом боковые стенки ложементов имеют ответные элементы, в которых закреплены концы хомутов, а запорно-пусковой узел и металлическая трубка выведены в зону верхней части рамки над верхнерасположенной поперечиной.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что распылитель выполнен в виде надеваемого на патрубок колпачка с дугообразно выпуклой торцевой стенкой, в которой от отверстия в центре радиально отходят щелевые прямые прорези.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что патрубок выполнен в виде трубы с внутренним диаметром 21±1 мм и длиной не более 12 м с не более чем тремя изгибами под 90°.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рама выполнена на стойках с элементами прикрепления кожуха коробчатого типа, являющегося крышкой для закрывания баллонов.