СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ Российский патент 2025 года по МПК A62C3/02 B64D1/16 

Изобретение относится к противопожарной технологии и может быть использовано для ликвидации крупных лесных, степных и других пожаров, а также пожаров в труднодоступной местности, при высокой эффективности процесса тушения пожаров с минимальным удельным расходом огнегасящей среды на единицу площади горения.

В настоящее время для ликвидации крупномасштабных пожаров применяются несколько групп способов тушения возгораний, имеющих различную физическую основу огнегасящего воздействия на очаг пожара.

Первая группа способов ликвидации лесных и степных пожаров заключается в искусственном образовании встречного фронта пожара, но этот способ практически не осуществим на неосвоенных территориях, увеличивает площадь сгорания леса, опасен для животных и людей, поэтому применяется редко, когда вероятность негативных последствий исключена.

Ко второй группе относятся способы тушения лесных и степных пожаров воздействием ударных воздушных волн (УВВ) взрывов, направленных в сторону очага пожара, при этом энергия УВВ, воздействующая на фронт огня, может быть усилена за счет сложения с той частью УВВ, которая направлена в сторону от очага пожара, но отражается от специального экрана и направляется спутно с основной огнегасящей частью УВВ, например (Устройство для тушения лесных пожаров: RU 2234964 С2 Опубликовано 27.08.2004. Бюл. №24) [1]. Способы сложны организационно и требуют длительной подготовки, не исключают вероятность дополнительного возгорания, опасны для людей при обращении со взрывчатыми веществами (ВВ).

Наиболее широко представлена третья группа способов тушения интенсивных обширных пожаров, предусматривающих использование огне-гасящих агентов в виде жидких льющихся веществ - воды, растворов, водных суспензий, а также в виде пены или порошков.

Способы этой группы различаются по ряду признаков:

а) виду транспорта для доставки огнегасящих веществ в район пожара включая, авиацию, автотранспорт, перекачку воды из водоемов, ракеты, например (Способ тушения пожара и ракеты-огнетушители для его осуществления: RU 2193906 С2. Опубликовано 10.12.2002. Бюл. №34) [2];

б) виду технических устройств для перемещения льющихся огнегасящих веществ непосредственно в очаг пожара, включая капсулы различной формы и размеров с жидкостью, пневмопушки, авиабомбы, форсунки, сливные приспособления;

в) состоянию льющихся огнегасящих веществ (вода, водные растворы и суспензии) в ядре очага пожара, включая диспергированную жидкость (туман) или сплошную струю, брызги;

г) методу диспергирования жидкой среды, включая: «водяную бомбу» - воздействием взрыва ВВ или пороховых зарядов (Авиационное средство пожаротушения: RU 2242259 С1. Опубликовано 28.12.2004. Бюл. №35) [3]; подачу жидкости через форсунки, дробление струи жидкости при перемещении ее в воздушной атмосфере; паровые взрывы тонкостенных капсул с водой при нагревании в очаге пожара (Способ тушения пожара: RU 2295370. Опубликовано 20.03.2007. Бюл. №8) [4].

Для ликвидации крупных пожаров в лесных и селитебных зонах при горении твердых горючих веществ на большой площади, когда высота факела пламени, рассчитанная по изложенной в работе [5] методике, может достигать 25÷35 м, практически используется только третья группа способов тушения. Пожары такого типа тушат только льющимися огнегасящими веществами в виде воды, водных растворов и суспензий. Основным видом транспорта для доставки огнетушащих средств в зону таких пожаров является авиация и ракеты, которые перемещают жидкие огнегасящие вещества, находящиеся в специальных емкостях, по воздуху. Авто и железнодорожный, транспорт с цистерной воды применяется обычно в качестве дополнительного средства для предотвращения возгораний отдельных объектов.

Огнегасящие вещества, доставляемые ракетами-огнетушителями, запускаемыми прицельно, в заданной точке над очагом горения выбрасываются из ракеты и образуют дисперсное облако над очагом пожара, которое должно тушить пожар. Из самолетов и вертолетов огнегасящие вещества над очагом горения (фронтом огня) сбрасывают вниз в виде различного типа заполненных жидкостью капсул или водяных авиабомб, а если летательный аппарат имеет одну общую емкость с жидкостью, то ее сливают вниз через водосливные устройства или форсунки. Огнегасящие вещества, сбрасываемые в отдельных емкостях, принудительно диспергируются на некоторой высоте от почвы пожара, сплошная струя сливаемого вещества также мелко дробится при перемещении в подвижной массе воздуха атмосферы.

Рассмотренные выше варианты выполнения известных способов тушения крупных пожаров на больших площадях в лесных и селитебных зонах, как показывает практика тушения таких пожаров в России (Тюменская, Курганская, Иркутская области, Урал, Якутия, Алтай и т.д.), а также за рубежом, недостаточно эффективны. Движущийся фронт огня пожара, тем более при сильном ветрев, останавливает только система противопожарных барьеров, причем основной барьер обычно представляет естественное природное препятствие. Низкая эффективность применяемых способов тушения таких пожаров, где горят растения - деревья, кустарники, травы, а также деревянные детали различных сооружений, вполне объяснима физико-химическими факторами горения этих органических материалов.

Горючей субстанцией органических веществ является преимущественно клетчатка (целюлоза). Древесина содержит до 60% клетчатки, в травах содержание клетчатки достигает 44%, кроме клетчатки в состав растении входят: лигнин, смолистых веществ и терпены. Горение древесины представляет собой экзотермическую химическую реакцию окисления, а пламя формирует горение газов (СО, СН₄, Н₂) - продуктов пиролиза клетчатки при нагреве древесины до температуры Т_пир≥170÷200°С под влиянием внешнего теплового потока на пожаре. Пока в зоне горения будет достаточно кислорода и температура топлива (древесина) будет достаточной для разложения клетчатки горючего материала, стадия пламенного горения будет продолжаться. Как только прекращается поддержка одного из вышеуказанных условий, процесс горения переходит в завершающую стадию - затуханию.

Изолировать большой пожар и прекратить доступ кислорода в очаги горения невозможно, поэтому тушить такие пожары можно только путем снижения температуры горящего материала с прекращением реакций пиролиза клетчатки и дальнейшим гашением очагов тления обугленных остатков. Однако, на рассматриваемых крупных пожарах факел пламени всегда имеет большую высоту, поэтому подаваемые в очаг пожара диспергированные жидкие огнегасящие вещества воздействуют только на среднюю и верхнюю зоны факела, температура которых составляет, соответственно Т_фс≥750°С, может достигать Т_фв=1100÷1300°С. Мелкие капли воды (растворов) при этом быстро испаряются, не долетая до источника огня -топливо и пар уносится вверх мощным конвективным потоком нагретого воздуха, стадия пламенного горения древесины будет продолжаться, развивая пожар. Причем следует учесть, что в лесу запасы горючих материалов полога леса в 1,5÷2,0 раза меньше запаса, лежащего на земле.

Таким образом, основной причиной низкой эффективности известных способов тушения крупных пожаров на больших площадях в лесных и селитебных зонах в стадии пламенного горения льющимися огнегасящими веществами в виде воды, водных растворов и суспензий, доставляемых в зону пожара авиацией, является диспергация огнегасящих жидкостей на высоте от (5÷6) м до сотен метров от почвы пожара.

Наиболее близким к предлагаемому способу тушения рассматриваемых пожаров, по совокупности существенных признаков (прототип), является способ тушения, основанный на использовании тонкостенных герметичных капсул, заполненных водой, которые доставляют в очаг пожара, где заключенная 1 капсулах вода диспергируется за счет нагрева и парового взрыва капсул при

их перемещении в очаге пожара, а размеры капсул выбирают из расчета гарантии их парового взрыва [4]. Оптимальный диаметр капсул 3÷5 мм, оболочка капсул из газонепроницаемого материала, время нагрева до парового взрыва от долей до нескольких секунд, диаметр частиц воды 0,1 мм.

Главный недостаток упомянутого прототипа, исключающий его применение при тушении рассматриваемых пожаров в стадии пламенного горения, заключаются в том, что капсулы с водой взорвутся давлением пара, не долетев до крон деревьев или горящего материала на земле, охлаждая только пламя огня над ними, но сам горящий материал охлаждаться не будет и его горение будет продолжаться, продвигая фронт огня в горизонтальном направлении. Вывод о неизбежности паровых взрывов капсул диаметром ≤ 5 мм и массой ≤ 0,065 г основан на том, что при минимальной высоте авиатрасс пожарной авиации (Н_атр) над зоной пожара в стадии пламенного горения Н_атр=60÷80 м время падения капсул (t_к) сквозь воздух и пламя температурой 700÷1200°С и при пути полета сбрасываемых капсул до вершин деревьев h_в=30÷50 м, составит t_к=2,5÷3,2 с, а с учетом восходящих конвективных потоков, t_к≥5÷6 с, что обеспечивает паровой взрыв капсул над горящими материалом [4].

Цель изобретения - повышение безопасности и эффективности мероприятий по тушению крупных пожаров в лесных и селитебных зонах, сокращение времени тушения с экономией материальных и трудовых ресурсов.

Техническая задача предлагаемого способа тушения крупных пожаров при пламенном горении древесины и материалов живого леса, с применением пожарной авиации и огнегасящих веществ на основе воды, содержащихся в водонепроницаемых емкостях, заключается:

- в обеспечении герметичности емкостей с огнегасящей жидкостью при свободном падении их с летательных аппаратов сквозь огонь пламенного горения лесных материалов до твердых предметов на земной поверхности;

- в обеспечении разрушения свободно летящих емкостей с жидкостью при их ударе о твердые предметы и выплеска жидкости в виде струй и брызг в окружающее пространство и по кругу непосредственно на поверхность горящих предметов на земле.

Решение поставленной задачи основано на использовании гибких водонепроницаемых оболочек, заполняемых огнегасящей жидкостью и образующих сосредоточенные емкости, приближающиеся к форме шара с внутренним объемом (V_ш,), составляющим примерно V_ш=0,010÷0,065 м³, при этом прочность оболочек должна обеспечивать герметичность емкостей с жидкостью при их машинной погрузке в транспорт и свободном падении сквозь пламя пожара с максимальной высоты 250 м, а также гарантировать разрушение емкостей при падении с минимальной высоты 30 м и ударе о твердые предметы на земле. Технический результат предлагаемого решения:

- охлаждение горящего материала струями (брызгами) жидкости, прекращение газификации клетчатки и выделения горючих газов, ликвидация пламенной стадии горения;

- охлаждение струями (брызгами) жидкости и гашение раскаленного шлака и тлеющих углей, ликвидация основной физической причины горения;

- флегматизация реакции горения и сокращение времени тушения пожаров.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана фотография процесса тушения крупного лесного пожара с применением пожарной авиации и подачей жидких огнегасящих веществ через сливные приспособления. Видно, что струя жидкости, перемещаясь в воздушной атмосфере за самолетом, дробится, образуя белое облако, которое достигает видимых границ факела пламени и далее поднимается вверх, а на удалении от самолета это облако становится серым и под ним просматривается пламя огня. На фиг. 2 показана схема тушения крупного лесного пожара с применением пожарной авиации по предлагаемому «Способу тушения пожаров».

Летательный аппарат (самолет) пожарной авиации 1, загруженный емкостями с огнегасящей жидкостью 2, достигнув зоны пламенного горения твердого топлива (древесины, материалов живого леса), летит на допустимой высоте над границей пламени огня 3 и автоматически через заданный интервал сбрасывает емкости с огнегасящей жидкостью 2, которые разрушаются при ударе о твердые предметы на земле, выплескивающиеся при этом струи и крупные брызги 4 жидкости разлетаются по площади круга, охлаждают горящий материал и гасят огонь.

Пример осуществления способа тушения крупного лесного пожара с применением пожарной авиации и жидких огнегасящих веществ в емкостях.

Тушение крупных пожаров с применением пожарной авиации отличается большими затратами на горючее и обслуживание техники, на жидкие огнегасящие вещества, которые в больших количествах расходуются не продуктивно вследствие: сложности и неточности прицеливания при сливе жидкости с аппарата; испарения жидкости в пламени пожара; уноса жидкости из зоны пламенного горения ветром и конвективными потоками горячего воздуха. Себестоимость тушения пожаров (руб./м²) авиацией в разы превышает этот показатель при использовании, где это возможно, наземной пожарной техники, а также десантов пожарников с ранцевыми огнетушителями.

Однако, пожарная авиация незаменима при ликвидации пожаров в труднодоступных районах, а также с большим фронтом пламенного горения в таежных массивах России, пожаров при сильном ветре. В этих случаях авиация обеспечивает полную безопасность людей и техники в процессе тушения, а использование при этом предлагаемого «Способа тушения пожаров» позволит резко уменьшить расход огнегасящей жидкости и соответствующие затраты.

Осуществление предлагаемого «Способа тушения пожаров» начинается с изготовления гибких водонепроницаемых герметичных емкостей для огнегасящей жидкости. Материал оболочки емкости должен быть прочным, экологически безопасным, способным быстро разлагаться на воздухе в условиях природы до элементов, безвредных для экологической системы зоны пожара.

В настоящее время наиболее соответствуют этим требованиям: многослойная водоотталкивающая крафт-бумага, разлагающаяся в лесных условиях за 2-а месяца; прочный, пластичный биополимер ГГМК (полимолочная кислота), который может быть переработан всеми известными способами и разлагается на очень мелкие частицы на воздухе и в субстрате почвы за 30 дней. Характеристики материала оболочек выбираются такими, чтобы заполненные жидкостью емкости можно было комплектовать на поддонах и производить механизированную погрузку в авто, и авио. транспорт, но эти оболочки должны гарантированно разрушаться при падении емкости на землю с высоты 30 м и более.

Объемная форма заполненных жидкостью емкостей, исходя из прочности ее конструкции и минимального удельного расхода материала оболочки на единицу объема сосуда, должна приближаться к шару. Внутренний объемом емкости-шара как показали опыты сбрасывания воды в полиэтиленовом сосуде с полусферическим днищем с высоты 32 м, нерационально увеличивать свыше V_ш=0,065 м³, ибо при дальнейшем росте объема величина наземной площади, увлажненной огнегасящей жидкостью из разрушенной емкости-шаре при ударе о твердые предметы на земле увеличивается не значительно и не пропорционально массе воды в емкости.

Минимальный объемом емкости V_min.ш=0,01 м³ принят на основе анализа различных технико-экономических факторов, но решающим условием, ограничивающим величину является вероятность парового взрыва емкости с Вероятность оценивалась сравнением расчетного количества тепла, необходимого для нагрева и парообразования 10 кг воды в емкости, с расчетным количеством тепла, поступающего излучением в емкость-шар объемом 0,01 м³ и температурой 20°С при падении ее с высоты 250 м сквозь пламя огня со средней температурой 800°С, без учета потерь тепла. Для нагрева и парового взрыва емкости-шара V_ш=0,01 м³ с массой воды 10 кг необходимо тепла в 2400 раз большее, чем поступает, паровой взрыв невозможен.

Оптимальный объем емкостей с огнегасящей жидкостью зависит от вида пожара и расстояния до аэродрома, механизации погрузки и сброса заполненных емкостей, типа летательного аппарата, погодных условий, поэтому объем емкости должен подбираться экспериментально для типичных видов пожаров, типа авиации в соответствующих условиях ее применения.

Порожние емкости заправляются огнегасящей жидкостью на специальной заправочной станции и затем складируются в районе аэродрома пожарной авиации. При необходимости в самолет загружается потребное количество емкостей, заполненных огнегасящей жидкостью, и самолет летит в район пожара. Осмотрев район пожара, экипаж направляет самолет в выбранную зону, прицеливается и на безопасной высоте через 2-а устройства в задней части машины производит сбрасывание емкостей, которые падая образуют 2-а потока, разделенные на расстояние 8÷12 м перпендикулярно продольной оси самолета. Время между подачей отдельных емкостей в поток зависит от скорости полета самолета и составляет 0,10÷0,16 с. Например, при массе огнегасящей жидкости в одной емкости-шаре 50 кг, общей массе в самолете 25 т и скорости полета самолета 250 км/ч, процесс сброса емкостей займет 36 с, будет смочена и погашена полоса горящего леса примерно 2500 м на 21 м, при этом влияние скорости ветра в зоне падения емкостей с жидкостью на эффективность тушения горящего лесного материала будет несущественным.

Источники информации

1. Пат. 2234964 С2. Российская Федерация, МПК А62С 3/02. Устройство для тушения лесных пожаров / Голендер В.A. (UA), Гузенко В. A. (UA), Долгополова Н.В. (UA), Шупиков А.Н. (UA). Патентообладатель: Долгополова Н.В. (UA). Заявка: 2000123133/12; 05.09.2000. Опубликовано 27.08.2004 Бюл. №24.

2. Пат. 2193906 С2. Российская Федерация, МПК А62С 3/02. Способ тушения пожара и ракеты-огнетушители для его осуществления /Степанов A.M. (RU), Валиев Б.Х. (RU), Бусыгин Е.В. (RU), Шершуков В.Д. (RU). Патентообладатель: ОАО «Казанский вертолетный завод». Заявка 2001101562/12, 09.01.2001. Опубликовано 10.12.2002 Бюл. №34.

3. Пат. 2242259 С1. Российская Федерация, МПК А62С 3/02. Авиационное средство пожаротушения. /Кореньков В.В. (RU), Терешин A.A. (RU), Супрунов Н.А. (RU), Власов B.Ф. (RU) и др. Патентообладатель: ФГУП «Базальт». Заявка 2003106336/12. Опубликовано 20.12.2004 Бюл. №35.

4. Пат. 2295370 С2. Российская Федерация, МПК А62С 3/02. Способ тушения пожара / Цыкин СВ. (RU). Патентообладатель: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» (RU). Заявка 2005106180/12, 05.03. 2005. Опубликовано 20.03.2007. Бюл. №8.

5. Мальчиков К.Б. О высоте факела пламени при горении твердых горючих веществ и материалов / К.Б. Мальчиков, Д.Ф. Кожевин, Е.Г Коробейникова // «Сибирский пожарно-спасательный вестник» (Пожарная и промышленная безопасность). - 2021. - №1 (20). - С 12-19.

Изобретение относится к области противопожарных технологий, а именно к способу авиационного тушения крупных пожаров, который включает доставку авиацией в зону пожара огнегасящей жидкости в емкостях, представляющих гибкие водонепроницаемые оболочки. Заполненные огнегасящей жидкостью оболочки образуют емкости, имеющие форму, близкую к шару, с внутренним объемом от 0,010 до 0,065 м³ и прочность, позволяющую сохранить герметичность емкостей при их машинной погрузке и при свободном падении с летательного аппарата до земли. Емкости выполнены с возможностью разрушаться при падении с высоты 30 м и более от удара о твердые тела на земле. Емкости с огнегасящей жидкостью прицельно сбрасывают в очаг горения, при падении емкостей на твердые тела происходит разрушение гибких оболочек, выплеск огнегасящей жидкости на окружающие горящие материалы и их гашение. Порожние емкости заправляют огнегасящей жидкостью предварительно на заправочной станции и складируют; емкости с огнегасящей жидкостью загружают в летательный аппарат перед вылетом в зону пожара; материалом для гибких водонепроницаемых оболочек может служить крафт-бумага и пластичный биополимер ПМК. Изобретение обеспечивает повышение безопасности и эффективности мероприятий по тушению крупных пожаров в лесных и селитебных зонах, сокращение времени тушения с экономией материальных и трудовых ресурсов. 2 ил.

Способ авиационного тушения крупных пожаров, включающий доставку авиацией в зону пожара огнегасящей жидкости в емкостях, представляющих гибкие водонепроницаемые оболочки, и прицельное сбрасывание их в зоне пожара, отличающийся тем, что

заполненные огнегасящей жидкостью оболочки образуют емкости, имеющие форму, близкую к шару, с внутренним объемом от 0,010 до 0,065 м³ и прочность, позволяющую сохранить герметичность емкостей при их машинной погрузке и при свободном падении с летательного аппарата до земли, при этом емкости выполнены с возможностью разрушаться при падении емкостей, заполненных огнегасящей жидкостью, с высоты 30 м и более от удара о твердые тела на земле;

емкости с огнегасящей жидкостью прицельно сбрасывают в очаг горения, при падении емкостей с жидким веществом на твердые тела происходит разрушение гибких оболочек, выплеск огнегасящей жидкости на окружающие горящие материалы и их гашение;

порожние емкости заправляют огнегасящей жидкостью предварительно на заправочной станции и складируют;

емкости с огнегасящей жидкостью загружают в летательный аппарат перед вылетом в зону пожара;

материалом для гибких водонепроницаемых оболочек может служить крафт-бумага и пластичный биополимер ПМК.