Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ ДЕЙСТВИЯ ПОЖАРА НА ВЗРЫВООПАСНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Изобретение относится к способам защиты взрывоопасных изделий от неблагоприятных воздействий, возникающих при аварийных ситуациях, а конкретно при пожарах.

Известен способ ограничения неблагоприятного воздействия продуктов взрыва взрывоопасного изделия, который частично защищает взрывоопасное изделие от теплового воздействия, включающий использование емкостей, заполненных диспергированным двухфазным веществом, состоящим из жидкой (˜95÷99,5% объема) и газообразной фракций (заявка на изобретение 2001100174, МПК F 42 B 33/00, опубл. 20.12.2002 г.).

Данный способ эффективен при локализации взрыва, если он произойдет от аварийного воздействия (например, пуль) на взрывоопасное изделие, и малоэффективен при воздействии на взрывоопасное изделие пожара, так как жидкостный диспергент обладает повышенной теплопроводностью, а при пожаре, простреле или падении выливается из емкостей, что приводит к потере защитных свойств.

Известен другой способ ограничения действия пожара на взрывоопасное изделие и локализации его взрыва, включающий размещение вокруг взрывоопасного изделия, в замкнутом объеме конденсированного вещества, которое динамически приводят в ускоренное движение при возникновении аварийной ситуации (пат. RU 2215983, МПК F 42 D 5/04, опубл. 10.11.2003 г.).

Данный способ не позволяет эффективно защитить взрывоопасное изделие от загорания и взрыва при пожарах, он так же, как и предыдущий более эффективен при локализации взрыва и защите окружающей среды, если взрывоопасное изделие загорится и взорвется.

Также известны способы ограничения действия пожара на взрывоопасные изделия, заключающиеся в локализации пожара вокруг взрывоопасного изделия при помощи различных средств пожаротушения, например устройства подачи воды, пены и т.д., которые подвозят к месту аварии (М.Л.Шевелев. Противопожарная техника в машиностроении. М.: Машгиз, 1950, с.150-156) или включаются автоматически от сигнала датчика, реагирующего на повышение температуры или наличия дыма в производственном помещении (М.Л.Шевелев. Противопожарная техника в машиностроении. М.: Машгиз, 1950, с.157-166).

Недостатками первого способа являются необходимость вмешательства пожарных, относительно большое время реагирования и доставки средств пожаротушения к взрывоопасному изделию. Вследствие этого при пожаре изделия могут быстро нагреться, загореться и взорваться до прибытия пожарных. Недостатком второго способа является сложность автоматики, необходимость наличия источников электроэнергии и системы водоснабжения.

При возникновении аварийных ситуаций на транспорте, в зданиях возможны комплексные аварийные воздействия (падение, удары, прострелы), интенсивность и последовательность которых трудно прогнозируется, вследствие чего возможны выходы из строя систем электро- и водоснабжения, датчиков или других технических средств, что может привести к загоранию или взрыву взрывоопасного изделия.

Известен способ ограничения действия пожара на взрывоопасное изделие, принятый в качестве прототипа заявляемого способа, как наиболее близкий по количеству сходных признаков и решаемой задаче (пат. US №3709169, НКИ 109-29, опубл. 09.01.73 г.). Способ заключается в воздействии на защищаемое изделие при возникновении пожара конденсированным веществом, причем защищаемое изделие размещают внутри специального теплозащитного слоя, выполненного из пористого вещества, которое в свою очередь помещают в контейнер. В качестве пористого вещества используют стекловату, стеклобумагу и т.д. В качестве конденсированного вещества используют воду, которой насыщают стекловату или стеклобумагу. Слой стеклобумаги, насыщенной водой, герметизируют полиэтиленовым чехлом. Т.о. конденсированное вещество совмещено с теплозащитным слоем. Полиэтилен разрушается под воздействием высокой температуры, которая достигается при пожаре, и вода освобождается из герметичного объема, а затем вытесняется из контейнера через канал, выполненный в нем.

К недостаткам этого способа относятся:

- низкая концентрация конденсированного вещества в стеклобумаге вокруг защищаемого изделия, что ограничивает время защиты его от пожара;

- насыщение пористой теплозащиты водой снижает эффективность защиты взрывоопасного изделия на начальных этапах прогрева теплозащиты (до ˜100°С), так как вода и насыщенная влагой стекловата имеют высокую теплопроводность, что приводит к быстрому повышению температуры взрывоопасного изделия;

- низкое значение коэффициента отбора тепла конденсированным веществом (водой) от взрывоопасного изделия при свободном выходе пара из контейнера в результате тепловой разгерметизации полиэтиленового чехла;

- проливание (испарение) воды из контейнера при случайной разгерметизации полиэтиленового чехла до пожара.

При пожарах время воздействия на взрывоопасные изделия высоких температур может составлять от нескольких минут до нескольких часов. Поэтому задачей, стоящей в данной области техники, является разработка надежного (без вмешательства человека и использования средств автоматики, источников питания) и эффективного к длительным высокотемпературным тепловым воздействиям способа защиты взрывоопасного изделия от его загорания и взрыва.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании изобретения, является повышение эффективности способа теплозащиты при длительных пожарах.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе ограничения действия пожара на взрывоопасные изделия, включающем воздействие на взрывоопасное изделие конденсированным веществом, при котором взрывоопасное изделие размещают внутри теплозащитного слоя, а конденсированное вещество - в герметичном объеме, с возможностью его освобождения из него при возникновении аварийной ситуации, конденсированное вещество размещают раздельно с теплозащитным слоем, внутри него и/или снаружи, в нескольких герметичных объемах, выполненных из теплостойкого материала, которые устанавливают дискретно вокруг взрывоопасного изделия, а перед освобождением конденсированного вещества из них его подвергают фазовому превращению, разделяют на жидкую и газообразную фракции с последующим перемещением газообразной фракции, во время которого ее дросселируют и формируют в виде струй, направленных на взрывоопасное изделие и в сторону теплового потока. Перемещение, дросселирование и формирование струи можно осуществить за счет энергии аварийных воздействий, при этом струи можно направить под разными углами или по спирали к взрывоопасному изделию и в сторону теплового потока.

В качестве конденсированного вещества может быть использовано многокомпонентное вещество с различной температурой фазового перехода компонентов.

Размещение конденсированного вещества раздельно с теплозащитным слоем позволяет сохранить его исходные теплозащитные свойства (пористость, плотность, низкую теплопроводность). Размещение конденсированного вещества снаружи теплозащитного слоя и формирование струй в сторону теплового потока обеспечивает уменьшение коэффициента теплообмена с корпусом контейнера и снижение темпа его нагрева при пожарах. Размещение конденсированного вещества между взрывоопасным изделием и теплозащитным слоем с направлением струй на взрывоопасное изделие позволяет защитить изделие от воздействия теплового потока, прошедшего через теплозащитный слой после испарения конденсированного вещества. Комбинированное размещение и внутри и снаружи обеспечивает защиту изделия при длительных и интенсивных пожарах, например при авиационных авариях с горением топлива. Расположение конденсированного вещества дискретно вокруг взрывоопасного изделия повышает эффективность защиты за счет равномерности размещения, а заключение конденсированного вещества в нескольких герметичных объемах, которые выполнены из теплостойкого материала, обеспечивает избыточное давление газообразной фракции и защиту взрывоопасного изделия при пожарах, при механических повреждениях, прострелах и разгерметизации какого-то количества объемов с веществом.

Перевод конденсированного вещества из одного фазового состояния в другое и разделение его на жидкую и газообразную фракции позволяет производить отбор тепла от взрывоопасного изделия за счет теплоты фазовых переходов, повышает давление внутри герметичных объемов и создает условия для перемещения газообразной фракции. Дросселирование и формирование струй позволяет увеличить эффективную площадь теплообмена между конденсированным веществом и взрывоопасным изделием вместе с воздушной средой, окружающей его. Струи при движении и соударении с взрывоопасным изделием создают вокруг него большое количество газовых потоков, дополнительно отбирающих тепло в зоне взаимодействия, что приводит к повышению эффективности отбора тепла.

Использование энергии аварийных воздействий пожара для перемещения, дросселирования и формирования струй упрощает способ и повышает его надежность, быстродействие и обеспечивает работоспособность без автоматики и вмешательства человека. Направление струй под разными углами или по спирали к взрывоопасному изделию создает вокруг него движущиеся газовые потоки, что увеличивает время взаимодействия конденсированного вещества с взрывоопасным изделием, а следовательно, увеличивается отбор тепловой энергии. При использовании многокомпонентного конденсированного вещества увеличивается длительность защиты взрывоопасного изделия, так как сначала вступает в действие компонент с минимальным значением температуры фазового перехода, потом, по мере нарастания температуры, - второй компонент, с более высоким значением температуры фазового перехода и т.д.

На чертеже изображена схема реализации заявляемого способа, где 1 - тепловой поток, 2 - взрывоопасное изделие, 3 - теплозащитный слой, 4 - теплостойкие герметичные объемы, 5 - дополнительные герметичные объемы, 6 - струи, 7 - наружный корпус.

Далее приводим пример конкретной реализации схемы, поясняющей способ. Взрывоопасное изделие - взрывное устройство размещают внутри теплозащитного слоя из базальта, в 4-х герметичных объемах, дискретно вокруг взрывного устройства, а также вне теплозащитного слоя, в 2-х внешних герметичных объемах, размещают конденсированное вещество, выполненное многокомпонентным (парафин, тосол). В качестве конденсированного вещества могут быть использованы любые вещества (твердые, жидкие) с большими значениями теплоемкости, теплоты фазовых переходов и низкими значениями температуры их кипения. Во внешние герметичные объемы помещают углекислоту. Герметичные объемы представляют собой спиралевидные фторопластовые или алюминиевые трубки, снабженные дросселирующими устройствами, через которые трубки подсоединены к дополнительным герметичным объемам для дросселирования, в которых в свою очередь выполнены многочисленные жиклеры (отверстия) для формирования струй. Эти объемы выполнены из тех же материалов, что и трубки. Все перечисленные элементы заключены в общий корпус. Способ ограничения действия пожара на взрывоопасное изделие осуществляют следующим образом. При возникновении пожара тепловой поток 1 направляется на взрывоопасное изделие 2, заключенное в теплозащитный слой 3, начинают прогреваться расположенные вне и внутри слоя 3 герметичные объемы (трубки) 4 с конденсированным веществом, которое поглощает тепло, препятствуя передаче его от теплового потока 1 взрывоопасному изделию 2. При достижении температуры разложения конденсированного вещества оно претерпевает фазовый переход и разлагается на жидкую и газообразную фракцию. В трубках 4 возрастает давление и снижается среднее значение плотности конденсированного вещества. При дальнейшем росте давления срабатывают дросселирующие устройства трубок 4, и парогазовые фракции конденсированного вещества перемещают и дросселируют в дополнительные герметичные объемы 5, создавая в них избыточное давление. Стенки объемов 5, прогреваемые тепловыми потоками 1, передают тепло парогазовой смеси, приводя к еще большему росту давления в объемах 5, благодаря чему парогазовая смесь выходит из отверстий, выполненных в стенках объемов 5, со стороны взрывоопасного изделия, создавая большое количество струй 6, которые направляют на взрывоопасное изделие 2 для отбора тепла. Отверстия можно выполнить и со стороны теплового потока 1, тогда струи также будут направлены в его сторону для снижения теплообмена с внешней пожарной средой. Углекислота, входящая в состав конденсированного вещества внешних герметичных объемов, при дросселировании образует пену, экранирующую теплозащитный слой от теплового потока пожара. Выбором типов конденсированных веществ во внутренних и наружных герметичных объемах (трубках) и их массы, направлением струй и их количеством, давлением дросселирования и размерами жеклеров обеспечивается наиболее оптимальный режим реализации предлагаемого способа в зависимости от чувствительности взрывных веществ взрывоопасного изделия и предполагаемых условий пожара. Способ обеспечивает автоматический режим регулирования тепла, отбора тепла от взрывоопасного изделия, так как с ростом температуры пожара более интенсивно происходят фазовые переходы, растет давление и скорость газовых струй. При снижении температуры пожара эти процессы соответственно замедляются, что приводит к экономии расхода конденсированных веществ при длительных пожарах.

Способ может быть реализован как при применении в стационарных сейфах, контейнерах, термокожухах для хранения взрывоопасных изделий, так и в транспортных средствах. Длительность функционирования способа будет зависеть от количества и теплофизических свойств, применяемых конденсированных веществ. Например, несколько литров (1÷3) тосола, размещенного в герметичных объемах внутри и снаружи теплозащитного кожуха, обеспечивает надежную защиту взрывоопасного изделия при многочасовом пожаре.