Результат интеллектуальной деятельности: ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к устройствам, генерирующим газоаэрозольные ингибиторы горения, предназначенным для тушения пожаров в закрытых и полузамкнутых объемах, таких как производственные и складские помещения, кабельные туннели, отсеки транспортных средств и другие подобные объекты.

Из уровня техники данной области известен ряд устройств - генераторов огнетушащего аэрозоля (ГОА), в которых охлаждение продуктов сгорания аэрозолеобразующего состава происходит при их прохождении по узкому каналу, выполненному из теплопоглощающего материала: патенты РФ №89963 (генератор огнетушащего аэрозоля кл. А62С 3/10, опубл. 2009 г.); №89964 (Устройство для объемного аэрозольного тушения пожара, кл. А62С 13/22, опубл. 2009 г.).

В данных генераторах за счет хорошей теплоизоляции корпуса удается обеспечить сравнительно низкую температуру его наружной поверхности. Одновременно с этим при течении аэрозольной смеси по реверсивному каналу за счет теплообмена с гипсовой теплозащитной прослойкой возможно понизить температуру аэрозольной смеси до приемлемого уровня.

При этом наряду с теплоизоляцией корпуса содержащаяся в гипсе вода (CaSO₄·2H₂O) при нагреве испаряется и, смешиваясь с аэрозолем, охлаждает его. Однако известно, что частицы аэрозоля - это в основной массе карбонат и бикарбонат калия, раствор которого имеет щелочную реакцию. Попадание такого раствора на защищаемое оборудование вызывает его коррозию. Необходимо отметить, что при формировании гипсового теплозащитного слоя часть воды находится не в виде кристаллогидрата, а в свободном состоянии и при испарении создает внутри объема генератора влажность, близкую к 100%, что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках аэрозолеобразующего заряда и генератора в целом. Так, в частности, для уменьшения воздействия влаги авторы указанных патентов предлагают использовать полиэтиленовые чехлы (патент РФ №89964), что усложняет конструкцию, а при сгорании полиэтиленового чехла возрастает токсичность продуктов сгорания.

К недостаткам данной конструкции относится также то, что данная схема генератора может быть реализована при весьма невысоких интенсивностях подачи аэрозольной смеси. В известной конструкции это достигается за счет организации процесса горения шашки не по всей поверхности, а только по ее торцу.

Низкая интенсивность подачи аэрозольной смеси в значительной степени сужает область применений ГОА и делает практически невозможным их применение в помещениях с высокой степенью негерметичности.

Авторы патента РФ №49455 («Генератор огнетушащего аэрозоля кл. А62С 3/00, опубл. 2005 г.) также используют реверсивную схему истечения аэрозольной смеси, но при этом горение аэрозолеобразующего заряда организуется по всей поверхности, что позволяет достичь высокой интенсивности подачи аэрозольной смеси. Некоторое снижение температуры аэрозольной смеси достигается за счет ее взаимодействия с охладительными элементами, находящимися в отбойнике.

К недостаткам данной конструкции необходимо отнести высокую температуру аэрозольной смеси на выходе из генератора и сравнительно высокую температуру корпуса (цилиндрического кожуха), контактирующего с высокотемпературной аэрозольной смесью.

Известны также ГОА, содержащие соосно и последовательно расположенные корпус пиротехническим зарядом и камеру смешения эжектора: патенты РФ №2140310 (кл. А62С 13/22, опубл. 1999 г.), №2205673 (кл. А62С 13/22, опубл. 2010 г.). Данные генераторы включают корпус, внутри которого соосно расположены пиротехнический заряд и камера эжектирующего газа (ресивер), которые окружены теплозащитной прослойкой из гипса, выполненной по всей внутренней поверхности корпуса. Корпус закрыт крышкой с воспламенителем (активатором). На крышке распределены выходные отверстия. Соосно корпусу закреплен цилиндрический корпус большего диаметра, чем корпус, и частично перекрывающий корпус с образованием кольцевого зазора для эжектируемого воздуха и камеры смешения с этим воздухом (камеры охлаждения).

Например, «Устройство для объемного аэрозольного тушения пожаров» по патенту №2140310 включает корпус, внутри которого соосно расположены пиротехнический заряд и камера эжектирующего газа (ресивер), которые окружены теплозащитной прослойкой из гипса, выполненной по всей внутренней поверхности корпуса. Корпус закрыт крышкой с воспламенителем (активатором). В крышке выполнены (распределены) выходные отверстия. Соосно корпусу закреплен цилиндрический кожух большего диаметра, чем корпус, и частично перекрывающий корпус с образованием кольцевого зазора для эжектируемого воздуха и камеры смешения с этим воздухом (камеры охлаждения).

К недостаткам рассматриваемой конструкции можно отнести достаточно протяженную зону смешения эжектирующего и эжектируемого потоков, что, с одной стороны, связано с последовательным расположением эжектирующего насадка и генератора с аэрозолеобразующем составом, а с другой - с достаточно большим масштабом смешения, обусловленным размером высокотемпературной эжектирующей струи. В рассматриваемом генераторе горение аэрозолеобразующего заряда организовано по торцевой поверхности, что обеспечивает интенсивность подачи аэрозоля не выше 0,5 г/с·м³, для теплоизоляции корпуса используется строительный гипс, содержащий в своем составе значительное количество воды, которая, как отмечают сами авторы, способствует охлаждению продуктов сгорания. Но при этом, как отмечалось выше, заметно снижаются гарантийные сроки хранения. Во избежание этого требуются специальные меры по герметизации аэрозолеобразующего заряда.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату к заявляемому устройству является «Устройство для объемного аэрозольного тушения пожаров» по патенту РФ №2140310, которое и выбрано в качестве прототипа.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является разработка генератора огнетушащего аэрозоля, с оптимальным сочетанием показателей огнетушащей эффективности, температуры газоаэрозольной струи и интенсивности подачи огнетушащего аэрозоля в защищаемый объем с невысокой степенью герметичности.

Предлагаемый генератор огнетушащего аэрозоля при использовании обеспечивает достижение следующего технического результата:

- уменьшение доли химического охладителя по отношению к массе аэрозолеобразующего заряда;

- снижение температуры аэрозольной смеси на выходе генератора за счет конструктивного уменьшения масштаба смешения эжектирующей струи (коаксиальное построение и наличие отбойника) с одновременным увеличением коэффициента эжекции;

- повышение интенсивности подачи аэрозоля из положения как «сверху», так и «снизу» за счет организации горения по всей поверхности аэрозолеобразующих зарядов.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что, генератор огнетушащего аэрозоля, включающий соосно закрепленные между собой с кольцевым зазором для эжектируемого воздуха цилиндрический кожух и корпус, снабженный крышкой и днищем, камеру смешения, образованную боковыми стенками кожуха, а также активатор и пиротехнический заряд, установленный внутри корпуса с обеспечением возможности формирования камеры эжектирующего аэрозоля, и выполненный внутри корпуса слой из материала, охлаждающего аэрозоль, генератор выполнен с обеспечением возможности выпуска аэрозоля в защищаемый объем, отличающийся тем, что цилиндрический кожух и корпус соединены между собой коаксиально, генератор дополнительно снабжен отбойником, закрепленным с обеспечением частичного перекрытия боковой поверхности корпуса и с образованием кольцевого сопла для выпуска аэрозоля, слой охладителя аэрозоля размещен последовательно по отношению к пиротехническому заряду с образованием между ними, а также между боковыми поверхностями заряда и корпуса дополнительного свободного объема с функцией камеры сгорания, камера эжектирующего аэрозоля сформирована перфорированным днищем корпуса и отбойником, а днище выполнено перфорированным.

Генератор, предпочтительнее выполнять с соотношением между площадью сечения кольцевого канала для выпуска аэрозоля и начальной площадью пиротехнического заряда в диапазоне 0,014-0,025, это позволяет достигнуть максимальное повышение интенсивности подачи аэрозоля из положения не только сверху, но и снизу.

Генератор, выполненный с соотношением массы охладителя к массе заряда, определяют в диапазоне 0,5-0,7, что обеспечивает возможность значительного уменьшения доли химического охладителя по отношению к массе заряда и одновременное снижение температуры стенок корпуса.

В генераторе в качестве слоя охладителя может быть использован слой на основе карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов.

Для дополнительного снижения температуры стенок генератора внутренние поверхности корпуса, крышки и отбойника могут быть снабжены теплоизоляцией, а в качестве теплоизоляции предпочтительнее использовать материалы с кремнеорганической пропиткой.

Надежность работы генератора может быть дополнительно обеспечена тем, что пиротехнический заряд и слой охладителя зафиксированы в корпусе с помощью компенсационных пружин и проставок.

Удобство и эффективность эксплуатации может быть обеспечено тем, что генератор снабжен кронштейном, выполненным в виде П-образной скобы, а отбойник жестко соединен с кожухом не менее чем в трех точках, расположенных равномерно по окружности боковой поверхности кожуха.

Заданное направление выпуска аэрозольной струи из генератора может быть обеспечено тем, что корпус жестко связан с кожухом посредством крепежа в двух точках, расположенных диаметрально друг относительно друга, и дополнительно закреплен с кронштейном с возможностью обеспечения поворота генератора относительно кронштейна.

При этом кожух и кронштейн предпочтительнее выполнять с возможностью фиксации положения генератора под различными углами относительно кронштейна.

Одним из вариантов конструкции может быть неразъемное соединение крышки корпуса, например завальцовка.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично представлен общий вид генератора в разрезе. На фиг.2 схематично изображены узлы крепления корпуса, кожуха и кронштейна, а на фиг.3 - крепление корпуса, отбойника и кожуха.

Конструкция генератора представляет корпус (1) с крышкой (2) и перфорированным днищем (3). Корпус (1) коаксиально скреплен с кожухом (4) с образованием кольцевого зазора (5) для подсоса эжектируемого воздуха из защищаемого объема. Между корпусом (1) и кожухом (4) образована камера смешения (6).

В крышке (2) корпуса (1) смонтирован активатор (7). Внутри корпуса (1) установлен пиротехнический заряд (8) и последовательно за ним - слой охладителя (9), при этом образована камера сгорания (10) в виде свободных объемов между боковыми поверхностями заряда (8) и корпуса (1), а также между торцевыми поверхностями заряда (8) и слоя охладителя (9).

За днищем (3) корпуса (1) установлен отбойник (11) с образованием между ними камеры эжектирующего аэрозоля (12). Отбойник (11), например, может быть выполнен тарелкообразной формы для частичного перекрытия боковой поверхности корпуса (1) и с возможностью образования кольцевого сопла (13) для выпуска эжектирующего аэрозоля в камеру смешения (6). На внутренней поверхности корпуса (1), крышки (1) и отбойника (11) может быть выполнен теплоизоляционный слой (14).

Неподвижность заряда (8) и слоя охладителя (9), установленного между перфорированным днищем (3) и такой же перфорированной поверхностью (3), обеспечивается компрессионными пружинами (15) и проставками (16).

Генератор может крепиться на кронштейне (17) (фиг.2).

Отбойник (11) с корпусом (1) и кожухом (4) крепится болтами (18), например в 3 точках, распределенных равномерно по окружности (фиг.3). Корпус (1) и кожух (4) болтовым соединением (19) крепятся к кронштейну (17) с возможностью поворота генератора относительно кронштейна (17). Крепеж (20) обеспечивает фиксацию положения генератора под необходимым углом относительно кронштейна (17), и следовательно, относительно возможного очага возгорания.

Генератор (фиг.1) содержит корпус (1), крышку (2) и перфорированное днище (3). Корпус (1) коаксиально скреплен с кожухом (4) с образованием кольцевого зазора (5). Между корпусом (1) и кожухом (4) сформирована камера смешения (6).

При подаче электрического импульса на электроактиватор (7) происходит воспламенение аэрозолеобразующего заряда (8), камера сгорания (10) обеспечивает получение близкого к равновесному составу продуктов сгорания. Пройдя через слой охладителя (9) продукты сгорания после взаимодействия с отбойником (11) попадают в камеру эжектирующего аэрозоля (12), заданный уровень давления в которой обеспечивается определенной величиной площади проходного сечения кольцевого сопла (13). Через кольцевой зазор (5) происходит эжектирование наружного воздуха и его перемешивание с аэрозолем в камере смешения (6), длина которой выбрана исходя из обеспечения оптимального соотношения между габаритами генератора и температурой в выходном сечении камеры смешения, т.е. на выходе из генератора.

В процессе проведения испытаний осуществлялось измерение давления в камере сгорания и температуры по длине аэрозольной струи с установкой 3 термопар типа хромель-копель в каждом сечении. Результаты испытаний представлены в таблице.

Исходя из прочностных характеристик генератора допустимый уровень давления (Р) в генераторе принят до 1,5 атм.

Температура (Т°С) струи на выходе по нормам безопасности не должна превышать 280-290°С.

Принятые обозначения в таблице:

Р - давление в камере сгорания;

F₁ - площадь сечения кольцевого сопла (13) эжектирующего аэрозоля;

F₂ - площадь сечения эжектируемого газа;

М зар. - масса аэрозолеобразующего заряда;

М охл. - масса охладителя;

I - интенсивность подачи аэрозольной струи;

Т - температура газоаэрозольной струи в выходном сечении генератора.

Тушение очага верх/низ означает воздействие на очаг струи аэрозоля из верхнего положения или из нижнего положения.

Анализ результатов испытаний подтверждает, что при использовании всех существенных признаков формулы (примеры №1-5) обеспечивается достижение заявленного технического результата по всем показателям.

Отклонение от заявленных параметров существенных признаков (примеры №6-10) не позволяет обеспечить достижение необходимого технического результата:

- не обеспечивается тушение из положения «снизу» (примеры №6, 8, 10);

- тушение обеспечивается, но при опасно высоком давлении в корпусе (пример №7) или при недопустимо высокой температуре струи в выходном сечении генератора (пример №9).

Испытание устройства по прототипу проводилось в тех же условиях, что и предлагаемый генератор. Результаты испытаний свидетельствуют, что устройство по прототипу не обеспечивает тушение очага при подачи струи аэрозоля с нижнего положения (с пола) при степени негерметичности 0,012.

Предложенная совокупность существенных признаков не известна из уровня техники, а достижение указанного технического результата не следует явным образом для специалиста в области пожаротушения.

Изложенные выше материалы подтверждают, что заявленное устройство отвечает всем признакам охраноспособности по действующему законодательству и направлено на решение поставленной задачи.