Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА (ВАРИАНТЫ) И МОДУЛЬ ПОРОШКОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретения относятся к противопожарной технике и могут быть использованы для тушения пожаров при помощи устройств порошкового пожаротушения, в частности модулей порошкового пожаротушения, которые являются универсальными средствами пожаротушения и используются как при объемном, так и локальном подавлении несанкционированных загораний в производственных и общественных зданиях, хранилищах, складах ГСМ, гаражах, АЗС, офисах, объектах большой относительной протяженности (вентиляционные шахты, кабельные каналы) и т.п., при этом модули являются основным исполнительным механизмом в автоматических или автономных системах пожароподавления.

Из уровня техники известен способ тушения пожара, принятый за прототип для каждого из вариантов заявляемого способа, реализуемый при использовании устройства для тушения пожаров по патенту №2158152 (дата публикации 2000.10.27., бюллетень №30), включающий обеспечение газоприхода от заряда твердого топлива газогенератора во внутренний объем корпуса устройства порошкового пожаротушения, создание в корпусе давления, необходимого для выброса из него образующейся газопорошковой смеси, осуществляемого снизу вверх через элемент устройства, определяющий течение смеси.

К недостаткам прототипа для каждого из независимых вариантов следует отнести нерациональную организацию движения потока газопорошковой смеси от момента ее забора из нижней части корпуса до момента ее выхода из боковой стенки корпуса устройства порошкового пожаротушения (фиг.1 прототипа), путем работы которого и реализуется способ тушения. Потоку придают направление движения, диктуемое конструкцией элемента, определяющего течение смеси (продуктопровода), выполненного в виде согнутой под углом 140-145° трубы, в которой гасится скорость потока смеси, при этом достигнуть высокой интенсивности истечения газопорошковой смеси не представляется возможным и величина скорости ее потока может оказаться недостаточной для преодоления скорости теплового потока от пожарной нагрузки. В начальный период времени истечения газопорошковой смеси в очаг возгорания при способе тушения пожара по прототипу движение смеси организуют таким образом, что она вынуждена преодолевать тепловую депрессию пожара, т.к. ее движение осуществляется навстречу тепловому потоку от пожарной нагрузки либо перпендикулярно ему (в зависимости от используемого насадка на продуктопровод). Вынесение продуктопровода за пределы корпуса устройства пожаротушения и размещение его в непосредственной близости от корпуса определенно создает помехи для свободного истечения газопорошковой смеси в очаг возгорания. Все вышесказанное снижает эффективность пожаротушения. Кроме того, использование для реализации способа тушения пожара по прототипу именно такой конструкции расходного узла не обеспечивает равномерную и постоянную концентрацию порошка в поперечном сечении факела распыла в течение времени выброса и не может обеспечить стабильность, повторяемость результатов подавления очага возгорания, что ограничивает эксплуатационные возможности и эффективность способа. Газодинамическое сопротивление продуктопровода прототипа ведет к чрезмерной потере скоростного напора и делает невозможным использование способа тушения, реализуемого известным устройством, для целей подавления возгорании в высоких помещениях (до 20 м) и в канальных вертикально расположенных защищаемых объемах, что ограничивает его эксплуатационные возможности.

Наиболее близким к заявляемому модулю порошкового пожаротушения является устройство для тушения пожаров по патенту №2158152 (дата публикации 2000.10.27, бюллетень №30), принятое за прототип, содержащее корпус с огнетушащим порошком, газогенератор с зарядом твердого топлива, средство, обеспечивающее аэрацию порошка, элемент, определяющий течение газопорошковой смеси.

К недостаткам устройства по прототипу следует отнести выполнение элемента, определяющего течение газопорошковой смеси - продуктопровода, в виде (фиг.1 прототипа) согнутой под углом 140-145° трубы, внутреннее сечение которой и определяет скорость выброса газопорошковой смеси. Из анализа конфигурации продуктопровода, сопоставления его диаметра и диаметра корпуса самого устройства определенно вытекает, что достигнуть высокой интенсивности истечения газопорошковой смеси не представляется возможным. На выходе из клапана газопорошковая смесь имеет максимально возможную для данной конструкции расходного участка скорость. Тем не менее, конструкция этого узла не может обеспечить большой массовый расход и соответственно устройство не может эффективно использоваться для подавления загорании в помещениях высотой до 20 м и на объектах большой относительной протяженности, расположенных вертикально (вентиляционные шахты, кабельные каналы и т.п.). Конструктивные особенности расходного узла, создаваемое им высокое газодинамическое сопротивление, вынесение его за пределы корпуса устройства и размещение продуктопровода в непосредственной близости от корпуса ведут к чрезмерной потере скоростного напора, не обеспечивают оптимальный беспрепятственный режим выброса смеси, факел распыла которой имеет неравномерность в поперечном сечении и не гарантирует уверенного тушения пожара в соответствии с существующей пожарной нагрузкой. Недостаток скорости выброса газопорошковой пожаротушащей смеси компенсируют путем соединения ее с продуктами эндотермического разложения материала сублимирующейся пористой прослойки, которые разлагаются энергией пожара с образованием ингибиторов процесса горения. Это означает наличие большого количества сборочных единиц внутри объема корпуса устройства, что снижает надежность конструкции устройства в целом, а также его экономическую привлекательность.

Для подготовки порошка к выбросу важно обеспечить качественную аэрацию порошка в начальной стадии работы газогенератора. Значимость этой процедуры возрастает при запуске в работу устройства пожаротушения, находящегося в собранном виде в течение длительного времени (несколько лет). В прототипе для этих целей используется самостоятельная сборочная единица - камера смешения, оснащенная конической крышкой с выходными отверстиями, заклеенными полиэтиленовой пленкой. Т.к. размещение камеры смешения по высоте внутреннего объема корпуса устройства не регламентировано, газоприход осуществляется только в нижнюю часть корпуса устройства, а площадь выходных отверстий в конической крышке может оказаться недостаточной для качественной аэрации порошка, то в устройстве по прототипу создать однородную взвешенную газопорошковую смесь с высокой степенью дисперсности с обеспечением равномерной и постоянной концентрации порошка в поперечном сечении факела распыла становится проблематичным. Анализируя конструктивные особенности устройства по прототипу с большой долей вероятности, можно утверждать, что при его установке на полу защищаемого объема высотный диапазон подачи газопорошковой смеси недостаточен для эффективного пожаротушения в высоких помещениях (до 20 м) и в протяженных вертикально ориентированных защищаемых объемах. Чтобы достигнуть высотного диапазона подачи газопорошковой смеси до 20 м, конструкция по прототипу должна иметь насадок на продуктопровод, существенно превышающий высоту корпуса устройства, что ухудшит габаритно-массовые характеристики устройства, придаст ему громоздкость. Кроме того, в описании изобретения по прототипу указано, что газопорошковая смесь подается именно в очаг возгорания, что снижает эксплуатационные возможности устройства пожаротушения.

В качестве группы изобретений предлагаются два независимых варианта способа тушения пожара и модуль порошкового пожаротушения для его осуществления, которые решают одну и ту же задачу - повышение эффективности пожаротушения, расширение эксплуатационных возможностей, диапазона областей применения в соответствии с существующей потребностью за счет реализации условий по обеспечению рациональной организации движения потока газопорошковой смеси, увеличения высотного диапазона ее выброса снизу вверх вертикально путем устранения необходимости преодоления тепловой депрессии пожара в начальный период времени истечения газопорошковой смеси в защищаемый объем за счет создания однонаправленности движения потока смеси и теплового потока от пожарной нагрузки, достижения оптимизации параметров факела распыла смеси и организации беспрепятственного ее истечения в защищаемый объем путем минимизации газодинамического сопротивления элемента, определяющего ее течение при одновременном повышении надежности и компактности конструкции модуля для осуществления заявляемого способа тушения пожара (варианты).

Поставленная задача решается предлагаемым способом тушения пожара (вариант 1), включающим обеспечение газоприхода от заряда твердого топлива газогенератора во внутренний объем устройства порошкового пожаротушения, создание в корпусе давления, необходимого для выброса из него образующейся газопорошковой смеси, осуществляемого снизу вверх через элемент устройства, определяющей течение смеси. Согласно изобретению в качестве устройства порошкового пожаротушения используют модуль порошкового пожаротушения, организуют газоприход, рассредоточенный по высоте внутреннего объема корпуса модуля, от заряда, фронт горения которого направлен снизу вверх, выброс газопорошковой смеси осуществляют импульсно вертикально ориентированным непрерывным по сечению потоком через элемент, определяющий ее течение, размещенный соосно с корпусом модуля пожаротушения в верхней его части, с обеспечением возможности достижения потоком смеси верхней границы защищаемого объема с сохранением его параметров, изменения направления потока на обратное и движения его сверху вниз со скоростью, превышающей скорость теплового потока от пожарной нагрузки.

Поставленная задача решается предлагаемым способом тушения пожара (вариант 2), включающим обеспечение газоприхода от заряда твердого топлива газогенератора во внутренний объем корпуса устройства порошкового пожаротушения, создание в корпусе давления, необходимого для выброса из него образующейся газопорошковой смеси, осуществляемого снизу вверх через элемент устройства, определяющий течение смеси. Согласно изобретению в качестве устройства порошкового пожаротушения используют модуль порошкового пожаротушения, организуют газоприход, рассредоточенный по высоте внутреннего объема корпуса модуля, от заряда, фронт горения которого направлен снизу вверх, выброс газопорошковой смеси осуществляют импульсно вертикально ориентированным непрерывным по сечению потоком через элемент, определяющий ее течение, размещенный соосно с корпусом модуля пожаротушения в верхней его части, с обеспечением движения потока газопорошковой смеси вдоль границ защищаемого протяженного канального объема в соответствии с естественным движением воздушных потоков.

Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ тушения пожара (варианты) отличается от ближайшего аналога объемным тушением (в прототипе - локальное, подача газопорошковой смеси осуществляется непосредственно в очаг возгорания), однонаправленностью движения газопорошковой смеси и теплового потока от пожарной нагрузки в начальный период выброса смеси в защищаемый объем (в прототипе - либо навстречу друг другу либо перпендикулярно); иным временем выброса газопорошковой смеси - импульсно до 1 сек (в прототипе - длительное время, т.к. предполагается возможность дискретной регулируемой подачи смеси); организацией беспрепятственного истечения смеси в защищаемый объем; обеспечением возможности инверсии - изменения направления движения потока смеси на обратное (вариант 1) после достижения потоком газопорошковой смеси с сохранением его параметров верхней границы защищаемого объема, когда при ударе о препятствие происходит сильная турбулизация потока, который, начиная двигаться сверху вниз, практически мгновенно создает в защищаемом объеме необходимую пожаротушащую концентрацию порошка, а также обеспечением возможности движения потока смеси в соответствии с естественным движением воздушных потоков в вертикальных кабельных каналах или шахтах (вариант 2), не затрачивая энергию на преодоление тепловой депрессии пожара; иной организацией газоприхода во внутренний объем корпуса модуля - рассредоточенный по высоте модуля (в прототипе - одноуровневый в нижнюю часть корпуса устройства пожаротушения); иным направлением движения фронта горения заряда твердого топлива газогенератора, используемого для реализации способа, - снизу вверх, способствующего оптимизации газоприхода и улучшению аэрации порошка (в прототипе сверху вниз).

Способ тушения пожара (варианты) осуществляют с помощью модуля порошкового пожаротушения, содержащего корпус с огнетушащим порошком, газогенератор с зарядом твердого топлива, средство, обеспечивающее аэрацию порошка, элемент, определяющий течение газопорошковой смеси. Особенность заключается в том, что фронт горения заряда твердого топлива направлен снизу вверх, заряд выполнен в виде последовательно расположенных бесканальных шашек из конденсированного вещества, отделенных друг от друга упругими прокладками с центральным отверстием каждая, средство, обеспечивающее аэрацию порошка и являющееся одновременно корпусом газогенератора, выполнено в виде цилиндрической обечайки с отверстиями, размещенными рядами по ее боковой поверхности равномерно по ее высоте в пределах корпуса модуля, с заглушенной верхней частью, оснащенной по периферии перфорацией, при этом все отверстия обечайки перекрыты вскрывающимися элементами, в нижней части обечайка закрыта жестко соединенной с ней крышкой, оснащенной соосно установленным инициатором, элемент, определяющий течение газопорошковой смеси, выполнен в виде пустотелого цилиндрического сопла, соосно размещенного в корпусе модуля, скрепленного с его крышкой и снабженного мембраной, перекрывающей его торец, обращенный в сторону выброса газопорошковой смеси, и поджатой к нему накидной гайкой посредством шайбы, при этом газогенератор закреплен с возможностью его замены в горловине дна корпуса модуля таким образом, что его ось симметрии параллельна оси симметрии элемента, определяющего течение газопорошковой смеси.

В частности, в обечайке последовательно снизу вверх, начиная от крышки, оснащенной инициатором, расположены технологическая прокладка, упругая прокладка, каждая с центральным отверстием, заряд твердого топлива, вторая упругая прокладка, при этом инициатор, состоящий из электровоспламенителя и воспламенительной навески, размещен в полости крышки обечайки, а проводки электровоспламенителя герметично выведены через отверстие крышки и защищены от воздействия статического электричества.

В частности, отношение длины каждой шашки заряда твердого топлива и ее диаметра составляет 1,35-1,81.

В частности, отверстия, размещенные рядами по боковой поверхности обечайки, расположены равномерно по окружности ее боковой поверхности перпендикулярно друг другу и оси газогенератора, при этом отношение диаметра каждого из отверстий и диаметра обечайки составляет 0,075-0,085, а отношение расстояния от заглушенной перфорированной верхней части обечайки до центра каждого отверстия первого ряда к ее высоте составляет 0,035-0,05, а отношение расстояния между центрами каждого отверстия последующих рядов к высоте обечайки составляет 0,23-0,33.

В частности, отношение длины сопла и его диаметра составляет 4,7-7,0, а отношение диаметра корпуса модуля к диаметру сопла составляет 4,4-4,5.

В частности, отношение площади условной боковой поверхности зазора между нижним торцем сопла и дном корпуса модуля, которая ограничена диаметром сопла, к площади сечения сопла составляет 1,6-1,8.

В частности, отношение длины цилиндрической части корпуса модуля и ее диаметра составляет 0,42-0,98, а отношение диаметра цилиндрической части корпуса модуля к диаметру газогенератора составляет 3,87-3,97.

В частности, шайба выполнена в форме кольца с центральным отверстием, отношение диаметра которого и диаметра соответствующего ему посадочного места сопла составляет 0,82-0,84, отношение общей высоты шайбы и ее диаметра составляет 0,12-0,13, отношение наружного диаметра шайбы и диаметра недореза резьбы накидной гайки составляет 0,94-0,96, при этом нижний торец шайбы имеет профилированную поверхность, образованную со стороны центрального отверстия шайбы заостренным выступом, высота которого составляет 0,11-0,13 высоты шайбы, а со стороны, контактирующей с соплом, канавку, при этом отношение глубины канавки и высоты шайбы составляет 0,072-0,086.

В частности, торец сопла, обращенный в сторону выброса газопорошковой смеси, выполнен с профилированной поверхностью, ответной профилю канавки шайбы.

В частности, вскрывающиеся элементы выполнены из липкой пленки или резины цилиндрической формы.

Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый модуль порошкового пожаротушения для осуществления предлагаемого способа тушения пожара (варианты) отличается от ближайшего аналога иной конструкцией газогенератора; использованием иного заряда твердого топлива с обратным направлением фронта горения; иным размещением отверстий, через которые осуществляется газоприход во внутренний объем корпуса устройства; приданием корпусу газогенератора дополнительной функции средства, обеспечивающего аэрацию порошка; иной компоновкой тракта для движения газопорошковой смеси; меньшим количеством сборочных единиц и компактностью.

Кроме того, в предлагаемом техническом решении иначе организован процесс управления потоком газопорошковой смеси, приводящий к оптимизации ее параметров.

В прототипе после открывания клапана избыточным давлением порошок и генерированная газоаэрозольная смесь с продуктами разложения прослойки по продуктопроводу вытесняются из корпуса и подаются конкретно в очаг возгорания. При этом в процессе работы устройства по прототипу скорость выброса огнетушащей смеси происходит неравномерно по времени. В начальный момент вытеснения скорость истечения огнетушащей смеси из-за низкой объемной концентрации порошка максимальна, затем скорость истечения начинает уменьшаться, и объемная концентрация порошка, достигая максимума, тоже начинает уменьшаться. Из описания изобретения по прототипу явно не следует, по истечении какого времени или достижении какого давления происходит открывание клапана для выпуска газопорошковой смеси, что при определенных условиях может снизить эффективность пожаротушения, в предельном случае вплоть до того, что какая-то часть сплошного очага пожара может быть не погашена из-за того, что открытие клапана произойдет ранее набора необходимого давления для качественной аэрации порошка и газ свободно, не смешиваясь с порошком, выйдет из внутреннего объема корпуса устройства, не выполнив свои функции.

В заявляемом модуле для осуществления предлагаемого способа тушения пожара (варианты) сбалансированность взаимного расположения и соотношения размеров основных элементов конструкции определяют гармоничное течение газопорошковой смеси и ее скорость. После достижения необходимого давления и вскрытия мембраны газопорошковая смесь при движении к соплу сжимается, а начиная движение внутри него, приобретает ускорение. При дальнейшем продвижении по длине сопла скорости движения частиц порошка и газа начинают выравниваться. В результате на выходе из сопла образуется непрерывный по сечению поток, в котором отсутствуют ослабленные по концентрации участки, движущиеся с высокой скоростью, достаточной для создания эффекта опрокидывания потока смеси после удара о горизонтальную границу защищаемого помещения и для возможности тушения пожара в протяженных вертикально расположенных канальных объемах.

Предлагаемый модуль порошкового пожаротушения иллюстрируется графическими изображениями:

фиг.1 - продольный разрез модуля;

фиг.2 - узел А на фиг.1;

фиг.3 - продольный разрез газогенератора.

Модуль порошкового пожаротушения содержит корпус 1, в котором размещены огнетушащий порошок 2, газогенератор 3, элемент, определяющий течение газопорошковой смеси в виде пустотелого цилиндрического сопла 4, к которому накидной гайкой 5 с недорезом резьбы 6 посредством шайбы 7 поджата самосрезающаяся мембрана 8. Фигурная шайба 7 оснащена заостренным выступом 9. Газогенератор 3 выполнен с корпусом в виде обечайки 10 с отверстиями 11, перекрытыми вскрывающимися элементами 12. Обечайка 10 закрыта крышкой 13, оснащенной полостью 14, в которой расположен инициатор 15. В обечайке 10 последовательно размещены технологическая прокладка 16, упругая прокладка 17, заряд твердого топлива в виде последовательно расположенных шашек 18, разделенных упругими прокладками 19, и вторая упругая прокладка 20.

Предлагаемый модуль порошкового пожаротушения работает следующим образом.

При подаче электрического импульса инициатор 15 срабатывает и воспламеняет конденсированное вещество шашек 18, генерирующее газ, который протекает через боковой зазор между шашками 18 и обечайкой 10 к отверстиям перфорации 11 и вскрывает элементы 12. Через отверстия 11 газ поступает внутрь корпуса 1 модуля. Проходя через порошок 2, газ аэрирует его, подготавливая для метания в защищаемый объем. При достижении газом давления соответствующего уровня на заостренном выступе 9 фигурной шайбы 7 срезается мембрана 8, и газопорошковая смесь через сопло 4 гармонично организованным потоком импульсно выбрасывается в защищаемый объем.

Проведенные испытания по тушению очагов загорания показали, что заявляемый модуль, снаряженный 9 кг огнетушащего порошка ИСТО-1:

- в помещении высотой до 20 м, расположенный на полу вертикально соплом вверх, позволяет надежно подавить пожар класса А в объеме 220 м³, и пожар класса В в объеме 75 м³, при этом остаток огнетушащего порошка в корпусе модуля после выброса составляет менее 1%;

- в каналах длиной до 20 м, расположенных вертикально, также позволяет эффективно подавить пожар класса А.

Таким образом, предлагаемый способ тушения пожара (варианты) и модуль порошкового пожаротушения для его осуществления практически реализуемы, позволяют удовлетворить давно существующую потребность в решении поставленной задачи. Ведется подготовка к использованию заявляемого технического решения в серийном производстве.