Результат интеллектуальной деятельности: МОДУЛЬ ПОРОШКОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Изобретения относятся к области противопожарной техники и применимы в устройствах порошкового пожаротушения для подавления очагов пожара, различающихся по площади или объему, в которых источником рабочего газа является заряд конденсированного вещества твердотопливного газогенератора, в частности, в модулях порошкового пожаротушения импульсных или кратковременного действия, при этом модули являются основным исполнительным механизмом в автоматических и автономных системах пожароподавления.

Из уровня техники известна конструкция модуля порошкового пожаротушения, принятого за прототип для варианта 1, по патенту №2231381 (дата публикации 2004.06.07, бюллетень №18, ч.III), содержащего корпус с размещенными в нем полостью с огнетушащим порошком, газогенератором с газодинамически связанным с ним аэратором, имеющим перфорированную боковую поверхность, мембрану, поджатую накидной гайкой к горловине дна корпуса, элемент, определяющий течение газопорошковой смеси.

Из уровня техники известна конструкция модуля порошкового пожаротушения, принятого за прототип для варианта 2, по патенту №2231381 (дата публикации 2004.06.07, бюллетень №18, ч.III), содержащего корпус с размещенными в нем полостью с огнетушащим порошком, газогенератором с газодинамически связанным с ним аэратором, мембрану, поджатую накидной гайкой к горловине дна корпуса, элемент, определяющий течение газопорошковой смеси.

К недостаткам прототипа для каждого из независимых вариантов следует отнести выполнение элемента, определяющего течение газопорошковой смеси, в виде полого рассекателя, имеющего два расположенных последовательно по направлению течения смеси участка различной конусности, причем нижний участок выполнен с большей конусностью и на нем по его образующей выполнены пазы, которые, как предполагается, должны способствовать равномерности распыления газопорошковой смеси по защищаемой площади. Из анализа конструкции рассекателя, сопоставления диаметров диафрагмы и входного отверстия рассекателя, исполнения конусных участков, представленных на Фиг., определенно вытекает, что достигнуть желаемой равномерности распыления газопорошковой смеси не представляется возможным. Кроме того, после прохождения диафрагмы поток газопорошковой смеси приобретает максимально возможную для данной конструкции расходного участка скорость, причем достаточно высокую, чтобы обеспечить требуемое время действия огнетушителя (согласно описанию изобретения по прототипу). Известно, что управление высокоскоростным потоком - задача достаточно не простая, поэтому в модуле по прототипу применен такой сложный рассекатель. Тем не менее, конструкция этого рассекателя не обеспечивает равномерную концентрацию газопорошковой смеси в поперечном сечении факела ее распыла и не может обеспечить стабильность, повторяемость результатов подавления очага возгорания, что ограничивает эксплуатационные возможности модуля и, следовательно, ведет к снижению эффективности пожаротушения. Кроме того, рассекатель вынесен за пределы горловины дна корпуса модуля, что ухудшает габаритно-массовые характеристики, снижает компактность устройства в целом и эксплуатационные удобства в процессе его транспортировки, хранения и применения по прямому назначению. Из графического изображения, иллюстрирующего прототип, следует, что внутреннее пространство рассекателя не защищено от внешних несанкционированных воздействий, также не исключена возможность попадания в него частей мембраны после ее разрушения в процессе работы модуля, что создаст помехи для эффективного управления потоком газопорошковой смеси и приведет к снижению эффективности пожаротушения. Кроме того, следует отметить, что наличие дополнительных элементов в конструкции ведет к снижению надежности ее работы.

Для подготовки порошка к равномерному и стабильному выбросу, оказывающему влияние на эффективность пожаротушения, важно обеспечить качественную аэрацию порошка в начальной стадии работы газогенератора (до вскрытия мембраны). Эта процедура особенно необходима при запуске в работу модуля, хранящегося в собранном виде в течение длительного времени (несколько лет). Согласно Фиг., в прототипе для этих целей используется газодинамически связанный с газогенератором посредством расходного отверстия в нижнем торце последнего аэратор, как самостоятельная сборочная единица. Анализируя расположение аэратора в известном модуле, можно отметить, что его размещение по высоте не регламентировано и при высоком положении расходных отверстий часть порошка, находящаяся непосредственно под аэратором, может оказаться без динамического воздействия истекающего газа, и порошок, при соответствующем раскладе возникающих при аэрации сил, может быть уплотнен. Таким образом, можно сделать вывод о недостаточно эффективном конструктивном выполнении в прототипе устройства для аэрации.

Сборка газогенератора в части установки элементов снаряжения производится при каждом переснаряжении с использованием корпуса газогенератора, скрепленного с корпусом модуля, что снижает эксплуатационные удобства и повышает опасность при проведении такого рода работ.

В конструкции модуля по прототипу, как и во многих аналогичных устройствах, ставится задача повышения огнетушащей способности, эффективности пожаротушения за счет введения дополнительных конструктивных элементов, применение которых позволяет расширить за счет ее разделения истекающую газопорошковую струю, с оснащением этих элементов приспособлениями, которые после разделения струи заполняют ее участки с малой концентрацией порошка. Учитывая высокодинамичный характер течения двухфазной струи и быстротекучесть процесса, выполнить продекларированную в известном модуле задачу указанными в прототипе мерами в основном не удается.

В качестве группы изобретений предлагаются два независимых варианта модуля порошкового пожаротушения, которые решают одну и ту же задачу - повышение эффективности тушения загорания без усложнения конструкции путем рациональной организации движения потока газопорошковой смеси, повышения плотности и равномерности факела ее распыла за счет минимизации времени действия модуля и предотвращения уплотнения части порошка в начальной стадии работы газогенератора при одновременном обеспечении эксплуатационных удобств и пожаровзрывобезопасности при проведении штатных операций с модулем.

Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией модуля порошкового пожаротушения (вариант 1), содержащего корпус с размещенными в нем полостью с огнетушащим порошком, газогенератором с газодинамически связанным с ним аэратором, имеющим перфорированную боковую поверхность, мембрану, поджатую накидной гайкой к горловине дна корпуса, элемент, определяющий течение газопорошковой смеси. Согласно изобретению корпус модуля выполнен эллипсообразным с расположением большего диаметра по горизонтали, газогенератор выполнен в виде сменного источника холодного газа, корпус которого представляет собой тонкостенную цилиндрическую обечайку, закрытую с одной стороны жестко соединенной с ней крышкой, оснащенной соосно установленным штуцером с центральным сквозным отверстием, а с другой стороны снабженной жестко скрепленным с ней усеченным конусом, в выходном отверстии которого закреплен чашеобразный аэратор, при этом в корпусе источника холодного газа между крышкой и аэратором последовательно размещены электровоспламенительный узел, упругая прокладка с центральным отверстием, заряд твердого конденсированного вещества, вторая упругая прокладка с центральным отверстием, моноблочный химически инертный газопроницаемый фильтр-охладитель и технологическая сетка, причем элемент, определяющий течение газопорошковой смеси, выполнен в виде пустотелого цилиндрического сопла, верхняя часть боковой поверхности которого оснащена тангенциальными входными отверстиями, торец меньшего диаметра оснащен центральным сквозным отверстием, обращенный в сторону выпуска газопорошковой смеси торец снабжен буртиком, которому соответствует посадочное место в горловине дна корпуса модуля, а накидная гайка поджимает мембрану к горловине дна корпуса модуля посредством фигурной шайбы, при этом часть сопла размещена во внутреннем пространстве горловины дна корпуса, а часть - утоплена в полость с огнетушащим порошком таким образом, что каждое тангенциальное отверстие сопла выступает в полость на высоту, превышающую его радиус, но меньшую, чем диаметр, причем отношение секундного массового расхода газопорошковой смеси к объему генерируемого газа составляет 0,08-0,1.

В частности, отверстия перфорации аэратора расположены равномерно по окружности его боковой поверхности перпендикулярно друг другу и оси источника холодного газа, отношение диаметра каждого из отверстий перфорации и внутреннего диаметра корпуса источника холодного газа составляет 0,087-0,092, а отношение диаметра дна аэратора и внутреннего диаметра корпуса источника холодного газа составляет 0,52-0,57.

В частности, расстояние между дном аэратора и горловиной дна корпуса модуля составляет 0,17-0,2 от наибольшей высоты полости корпуса модуля.

В частности, отношение диаметра центрального отверстия торца меньшего диаметра сопла и его внутреннего диаметра составляет 0,3-0,5.

В частности, высота буртика сопла составляет 0,46-0,48 общей высоты сопла и 0,74÷0,76 высоты посадочного места в горловине дна корпуса модуля, а отношение общей высоты сопла и общей высоты горловины дна корпуса модуля составляет 1,4-1,48, отношение высоты посадочного места и общей высоты горловины составляет 0,62-0,64, а отношение диаметра буртика и диаметра посадочного места составляет 0,98-0,99.

В частности, осевые линии тангенциальных входных отверстий сопла параллельны его диаметру и перпендикулярны друг другу, при этом центры отверстий удалены от торца сопла меньшего диаметра на расстояние, составляющее 0,42-0,44 общей высоты сопла, отношение диаметра каждого из тангенциальных отверстий сопла и внутреннего диаметра сопла составляет 0,47-0,49.

В частности, фигурная шайба выполнена в форме кольца с центральным отверстием, отношение диаметра которого и диаметра соответствующего ему посадочного места составляет 0,82-0,84, отношение общей высоты шайбы и ее наружного диаметра составляет 0,08-0,09, отношение наружного диаметра шайбы и диаметра недореза резьбы накидной гайки составляет 0,94-0,96, при этом верхний торец фигурной шайбы имеет профилированную поверхность, образованную со стороны центрального отверстия шайбы заостренным выступом, высота которого составляет 0,15-0,17 высоты шайбы, а со стороны, контактирующей с горловиной дна корпуса, - канавку.

Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией модуля порошкового пожаротушения (вариант 2), содержащего корпус с размещенными в нем полостью с огнетушащим порошком, газогенератором с газодинамически связанным с ним аэратором, мембрану, поджатую накидной гайкой к горловине дна корпуса, элемент, определяющий течение газопорошковой смеси. Согласно изобретению, корпус модуля выполнен эллипсообразным с расположением большего диаметра по вертикали, газогенератор выполнен в виде сменного источника холодного газа, корпус которого представляет собой тонкостенную цилиндрическую обечайку, закрытую с одной стороны жестко соединенной с ней крышкой, оснащенной соосно установленным штуцером с центральным сквозным отверстием, а с другой стороны снабженной жестко скрепленным с ней усеченным конусом, в котором закреплен аэратор в виде втулки с центральным сквозным отверстием, при этом в корпусе источника холодного газа между крышкой и аэратором последовательно размещены электровоспламенительный узел, упругая прокладка с центральным отверстием, заряд твердого конденсированного вещества, моноблочный химически инертный газопроницаемый фильтр-охладитель и технологическая сетка, причем элемент, определяющий течение газопорошковой смеси, выполнен в виде пустотелого цилиндрического сопла, верхняя часть боковой поверхности которого оснащена тангенциальными входными отверстиями, торец меньшего диаметра выполнен заглушенным, обращенный в сторону выпуска газопорошковой смеси торец снабжен буртиком, которому соответствует посадочное место в горловине дна корпуса модуля, а накидная гайка поджимает мембрану к горловине дна корпуса модуля посредством фигурной шайбы, при этом часть сопла размещена во внутреннем пространстве горловины дна корпуса, а часть - утоплена в полость с огнетушащим порошком таким образом, что каждое тангенциальное отверстие сопла полностью выступает в полость, причем отношение секундного массового расхода газопорошковой смеси к объему генерируемого газа составляет 0,05-0,06.

В частности, центральное отверстие аэратора выполнено соосно источнику холодного газа, отношение его диаметра и внутреннего диаметра корпуса источника холодного газа составляет 0,37-0,39, а отношение расстояния от дна аэратора до верхнего торца сопла и наибольшей высоты полости корпуса модуля составляет 0,15-0,17, при этом расстояние между дном аэратора и горловиной дна корпуса составляет не менее 0,41-0,43 от наибольшей высоты полости корпуса модуля.

В частности, осевые линии тангенциальных входных отверстий сопла параллельны его диаметру и перпендикулярны друг другу, при этом центры отверстий удалены от торца сопла меньшего диаметра на расстояние, составляющее 0,3-0,32 общей высоты сопла, отношение диаметра каждого из тангенциальных отверстий сопла и внутреннего диаметра сопла составляет 0,47-0,49.

В частности, высота буртика сопла составляет 0,22-0,24 общей высоты сопла и 0,75-0,77 высоты посадочного места в горловине дна корпуса модуля, а отношение общей высоты сопла и общей высоты горловины дна корпуса модуля составляет 1,75-1,90, отношение высоты посадочного места и общей высоты горловины составляет 0,53-0,55, а отношение диаметра буртика и диаметра посадочного места составляет 0,98-0,99.

В частности, фигурная шайба выполнена в форме кольца с центральным отверстием, отношение диаметра которого и диаметра соответствующего ему посадочного места составляет 0,61-0,63, отношение высоты шайбы и ее наружного диаметра составляет 0,06-0,08, отношение наружного диаметра шайбы и диаметра недореза резьбы накидной гайки составляет 0,95-0,97, при этом верхний торец фигурной шайбы имеет профилированную поверхность, образованную со стороны центрального отверстия шайбы заостренным выступом, высота которого составляет 0,21-0,23 высоты шайбы, а со стороны, контактирующей с горловиной дна корпуса модуля, - канавку.

В частности, в каждом из двух независимых вариантов свободный торец горловины дна корпуса модуля выполнен с профилированной поверхностью, ответной профилю канавки фигурной шайбы.

Проведенный анализ уровня техники показывает, что заявляемый модуль порошкового пожаротушения (варианты) отличается от ближайшего аналога иной, более обтекаемой формой выполнения корпуса, иным типом используемого газогенератора, выполнением его сменным, иной компоновкой тракта для движения газопорошковой смеси - размещение элемента, определяющего ее течение, частично во внутреннем объеме горловины дна корпуса модуля, а частично в корпусе модуля (в прототипе указанный элемент вынесен за пределы горловины), иным конструктивным его выполнением, иным расположением мембраны с приданием ей дополнительной функции по защите внутреннего пространства сопла от внешних несанкционированных воздействий, более рациональным размещением аэратора по отношению к горловине дна корпуса, наличием фигурной шайбы.

Кроме того, в предлагаемом техническом решении иначе организован процесс управления потоком газопорошковой смеси, приводящий к оптимизации ее параметров. В прототипе диафрагма своим центральным отверстием определяет центральную часть потока, которая, в основном, направляется в отверстие верхнего торца усеченного конуса рассекателя. Остальная часть потока в виде кольца растекается по боковой поверхности этого конуса, дважды меняя направление течения и отделяя часть потока, втекающего в пазы и стремящегося за счет расширения объединиться с центральной частью потока, ликвидируя неравномерность концентрации всей струи. Центральная часть потока до встречи со струями, поступающими через пазы, течет как свободная струя, не претерпевая существенных изменений, кроме потери скорости за счет трения и растекания в пространстве. Часть потока газопорошковой смеси, движущаяся по боковой поверхности усеченного конуса рассекателя, приобретает направление, близкое к последней. При принудительном изменении направления движения в струе появляются слабые вихри с тенденцией к некоторому расширению этой части потока после прохождения им конусной части рассекателя. Итоговый поток газопорошковой смеси характеризуется крайне неравномерной концентрацией порошка в его поперечном сечении, что снижает эффективность пожаротушения, в предельном случае вплоть до того, что какая-то часть сплошного очага пожара может быть не погашена.

В заявляемом модуле порошкового пожаротушения (вариант 1) для тушения значительных очагов пожара распределение потока газопорошковой смеси определяется соотношением боковых и центрального отверстий сопла. Часть потока, которая вводится через тангенциальные отверстия, будет находиться в вихревом (турбулизированном) движении. Центральное ядро потока увлекает этот вихревой поток вниз, турбулизируясь при смешении с закрученной частью струи. Кроме того, центральное отверстие увеличивает проходное сечение для истечения газопорошковой смеси, что при одном и том же уровне давления в полости модуля уменьшает время действия модуля, обеспечивая импульсный характер его работы.

В варианте 2 заявляемого модуля, предназначенного для тушения менее значительных очагов загорания, распределение порошка имеет вертикальную направленность, защищаемое пространство имеет меньшие геометрические размеры, масса вытесняемого порошка существенно (в разы) меньше, чем в варианте 1. Поэтому, проходного сечения выходных тангенциальных отверстий сопла достаточно для импульсного метания газопорошковой смеси в процессе работы модуля. Генерируемый для аэрации газ не нужно подавать на значительное расстояние в горизонтальном направлении. Поток газа, истекая вниз и набегая на сплошной торец сопла, растекается по сторонам и, при подъеме в верхнюю часть корпуса модуля, псевдоожижает порошок. Кроме того, сплошной торец сопла защищает центральную часть порошка от дополнительного уплотнения за счет воздействия истекающей струи газа. Истечение газопорошковой смеси будет происходить таким же образом, как и в варианте 1, т.е. в виде сильно турбулизированной струи.

Таким образом, в каждом из двух независимых вариантов в защищаемое пространство будет поступать непрерывный по сечению, гармонично организованный поток, в котором отсутствуют участки с недостаточной для тушения пожара концентрацией порошка.

Именно совокупность отличительных от прототипа признаков заявляемого решения (в каждом из двух независимых вариантов) с остальными существенными признаками позволила достичь вышеуказанный технический результат, который невозможно получить при реализации изобретения по прототипу в силу особенностей конструкции известного модуля, и решить поставленную задачу.

Предлагаемый модуль порошкового пожаротушения (варианты) иллюстрируется чертежами:

Фиг.1 - продольный разрез модуля (вариант 1);

Фиг.2 - продольный разрез модуля (вариант 2);

Фиг.3 - узел А на фиг.1 и фиг.2;

Фиг.4 - продольный разрез источника холодного газа с аэратором (вариант 1);

Фиг.5 - продольный разрез источника холодного газа с аэратором (вариант 2).

Модуль порошкового пожаротушения (варианты) содержит корпус 1, в котором размещены источник холодного газа 2, полость с огнетушащим порошком 3, аэратор 4, горловину 5 дна корпуса 1 с соплом 6, к которой накидной гайкой 7 с недорезом резьбы 8 посредством фигурной шайбы 9 поджата самосрезающаяся мембрана 10. Фигурная шайба 9 оснащена заостренным выступом 11, на котором свободно лежит мембрана 10. Источник холодного газа 2 оснащен крышкой 12, прочно скрепленной с его корпусом 13 и оснащенной штуцером 14, в центральном отверстии которого установлен инициатор 15. В корпусе 13 последовательно размещены упругая прокладка 16, заряд 17, фильтр-охладитель 18, технологическая сетка 19. Корпус 13 источника холодного газа заканчивается усеченным конусом 14, соединенным с аэратором 4. В варианте 1 торец сопла 6 меньшего диаметра дополнительно снабжен центральным отверстием 20, а в источнике холодного газа 2 между зарядом 17 и фильтром-охладителем 18 размещена вторая упругая прокладка 16.

Предлагаемый модуль порошкового пожаротушения работает следующим образом.

При подаче электрического импульса инициатор 15 срабатывает и воспламеняет конденсированное вещество заряда 17, генерирующее газ, который протекает через боковой зазор, образующийся при размещении в корпусе 13 источника холодного газа 2 заряда 17, и через пористый фильтр-охладитель 18 в аэратор 4, где газ сжимается до давления, соответствующего площади сечения его прохода, и начинает поступать в полость корпуса 1, в которой размещается огнетушащий порошок 3. Проходя через порошок 3, газ аэрирует его, подготавливая его для метания в очаг загорания. При достижения газом давления соответствующего уровня на заостренном выступе 11 фигурной шайбы 9 срезается мембрана 10 и газопорошковая смесь начинает поступать в защищаемое пространство, протекая через боковые тангенциальные отверстия сопла 6. В варианте 1 газопорошковая смесь поступает в сопло 6 также и через центральное отверстие 20.

Проведенные испытания по тушению очагов загорания класса В показали, что заявляемый модуль (вариант 1) при использовании порошка ИСТО-1 на открытой площадке защищает 12,5 м² площади и 88 м³ объема при размещении на высоте 8 м. Максимальный ранг пожара класса В с высоты 6 м - 233 В.

Заявляемый модуль (вариант 2) при испытаниях позволил реализовать следующие параметры по тушению очагов загорания класса В: с высоты 2-4 м при размещении на открытой площадке защищает 6 м² площади, с высоты 2-3 м в помещении защищает 8 м³ объема. Максимальный ранг пожара класса В с высоты 2,0-4,5 м - 55 В.

Предлагаемый модуль порошкового пожаротушения (варианты) находится в стадии подготовки к его изготовлению в серийном производстве.