ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ

Полезная модель относится к противопожарной технике, а более конкретно к устройствам объемного тушения, генерирующим огнетушащий аэрозоль, и может быть использована для тушения пожаров в замкнутых или полузамкнутых пространствах, преимущественно, производственных и складских помещений, а также залов энергетических комплексов, включая атомные электростанции.
Из уровня техники известно устройство для объемного пожаротушения, содержащее корпус с расположенной в нем камерой сгорания, закрепленный в ней твердотопливный аэрозолеобразующий состав, средство воспламенения твердого топлива, выходное сопло, блок охладителя, состоящий из нескольких труб, причем объем между трубами и внутренней поверхностью корпуса заполнен охладителем, см., пат. RU, кл. A62C 13/22, №2097079, опубликован 27.11.1997. Недостатком известного устройства является необходимость обеспечения циркуляции охладителя в блоке охладителя, что усложняет конструкцию и эксплуатацию устройства, кроме того, центральное расположение выходного сопла и эжекционного насадка по отношению к блоку охладителя снижает эффективность теплообмена.
Известно устройство газового пожаротушения, содержащее, размещенные в цилиндрическом корпусе, воспламенитель, засыпной фильтр-охладитель, фильтр-сепаратор, заряд из газогенерирующего состава, выполненный в виде двух шашек, корпус заряда оснащен отверстиями, размещенными рядами по его боковой поверхности равномерно по его высоте и перекрытыми вскрывающимися элементами, а его дно выполнено заглушенным, см., пат. RU, кл. A62C 35/00, №2465937, опубликован 10.11.2012. Устройство характеризуется эффективной конструкцией заряда, способной обеспечить повышенные внутрибаллистические параметры. Недостатком известного устройство газового пожаротушения является наличие собственного корпуса заряда газогенерирующего состава. Такая схема «корпус в корпусе» существенно усложняет конструкцию. Кроме того, навеска воспламенителя, расположенная в глухом канале заряда, при определенных условиях может послужить причиной разрушения заряда в момент срабатывания воспламенителя.
Известна система пожаротушения, включающая устройство подачи в объем защищаемого помещения огнетушащего состава, состоящее из по меньшей мере одного аэрозольного газогенератора с охлаждающим инертным трубчатым теплосъемным насадком в виде набора трубчатых, например, стальных элементов, расположенных в корпусе газогенератора соосно в направлении выхода аэрозоля, см., пат. RU, кл. A62C 3/00, №2244579, опубликован 20.01.2005. Данное известное техническое решение принято в качестве прототипа, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог. Система пожаротушения согласно прототипу характеризуется высокой эффективностью в различных условиях.
Недостатком прототипа является его неудовлетворительная стойкость к воздействию вибрационных и ударных перегрузок, которые могут возникать на мобильных объектах и объектах, расположенных в сейсмически активных зонах. Это обусловлено недостатками и неопределенностью схемы крепления корпуса газогенератора в системе, заряда и узла воспламенения в корпусе газогенератора. Кроме того, при эксплуатации системы в подобных условиях от средств пожаротушения требуется повышенная надежность запуска, что практически невозможно обеспечить посредством только электроинициатора. Указанные недостатки прототипа существенно ограничивают область применения системы, особенно на объектах использования атомной энергии.
Полезная модель направлена на достижение технического результата, который выражается в повышении надежности функционирования генератора огнетушащего аэрозоля в условиях повышенных эксплуатационных нагрузок за счет оптимизации конструкции крепления корпуса генератора в целом и его отдельных элементов внутри корпуса, а также узла воспламенения заряда путем усиления его огневого импульса. В конечном итоге указанный технический результат позволяет расширить область эффективного использования генератора огнетушащего аэрозоля. В полезной модели максимально сохранены все положительные свойства прототипа, наиболее важным из которых являются использование в качестве охлаждающего элемента инертного теплосъемника в виде набора стальных трубок.
Указанный технический результат достигается тем, что генератор огнетушащего аэрозоля, включающий корпус с крепежными элементами на его наружной поверхности, расположенные в корпусе электроинициатор, заряд аэрозольобразующего состава и блок охлаждения выполненный в виде металлических трубок, отличается от прототипа тем, что он снабжен герметизирующей мембраной, зафиксированной на выходном торце корпуса и воспламенителем, выполненным в виде твердотопливной канальной шашки всестороннего горения, расположенной между электроинициатором и зарядом аэрозольобразующего состава. В генераторе заряд аэрозольобразующего состава выполнен составным, по меньшей мере, из двух цилиндрических шашек установленных последовательно по оси корпуса посредством торцевых опор, при этом на цилиндрической поверхности каждой из шашек вдоль ее образующей наклеены накладки из эластичного материала. Крепежные элементы генератора выполнены в виде кронштейнов, передняя торцевая опора шашек выполнена перфорированной с образованием форкамеры для воспламенителя, а сопловая торцевая опора шашек закреплена на входе в блок охлаждения.
Оптимальным с точки зрения достижения указанного технического результата является размещение кронштейнов на цилиндрической части корпуса симметрично относительно центра тяжести генератора огнетушащего аэрозоля, а также фиксация герметизирующей мембраны на выходном торце корпуса посредством кольца, при этом внутренний диаметр кольца меньше внутреннего диаметра корпуса. Предпочтительно исполнение генератора, в котором выходная часть электроинициатора сообщена с форкамерой, а воспламенитель установлен на входе в форкамеру. Во всех случаях реализации описанного генератора наилучшим конструкционным материалом для изготовления накладок является монолитная резина, а их выполнение целесообразно в форме полосы с наклеиванием полос на цилиндрическую поверхности каждой из шашек на одинаковом расстоянии друг от друга.
В основу разработанной конструкции генератора огнетушащего аэрозоля положены принципы проектирования твердотопливных двигательных установок. Как в двигателях, так и в генераторе основным элементом, определяющим надежность функционирования, является заряд, при сгорании которого в генераторе образуется многокомпонентный огнетушащий газ. Заряд аэрозольобразующего состава кроме собственной прочности и надежности должен быть помещен в условия, при которых обеспечивается его целостность и работоспособность в течение всего времени эксплуатации. Наиболее простым с точки зрения конструкции, технологии производства, а также удобства компоновки является заряд выполненный в виде монолитной цилиндрической шашки всестороннего горения. Многошашечная конструкция заряда, составленного из нескольких однотипных простых шашек, также характеризуется повышенной надежностью и обеспечивает возможность варьирования расходными характеристиками в самом широком диапазоне. Надежное крепление шашек заряда в корпусе необходимо для предотвращения их смещения и механического разрушения. Торцевые опоры надежно предотвращают осевое и взаимное перемещение шашек за счет поджатия, а накладки на цилиндрической поверхности шашек минимизируют радиальные перемещения.
Не менее важной задачей обеспечения безотказной работы генератора является надежное воспламенение заряда аэрозольобразующего состава. Электроинициаторы имеют высочайшую степень безотказности, однако для воспламенения заряда аэрозольобразующего состава этого не достаточно. Маломощный электроинициатор не способен устойчиво воспламенить большой или отстоящий от него на значительном расстоянии заряд, а мощный электроинициатор способен разрушить заряд. В генераторе применена схема форкамерного воспламенения заряда аэрозольобразующего состава которая характеризуется наличием промежуточного огневого элемента, усиливающего огневой импульс. Таким элементом является воспламенитель, выполненным в виде твердотопливной канальной шашки всестороннего горения, расположенной между электроинициатором и зарядом аэрозольобразующего состава. Воспламенитель установлен в непосредственной близости от выходная часть электроинициатора в ограниченном объеме, а значит способен надежно воспламениться всей поверхностью от маломощного электроинициатора и устойчиво гореть в специально для него предназначенной камере. Воспламенитель обладает повышенным огневым импульсом, горит в течение продолжительного времени и образует достаточное количество высокотемпературных продуктов сгорания для воспламенения заряда аэрозольобразующего состава. Форкамерная конструкция перфорированной передней торцевой опору предотвращает ударное воздействие электроинициатора и воспламенителя на заряда аэрозольобразующего состава. Корпус генератора надежно герметизирован и его внутренние элементы надежно закреплены посредством герметизирующей мембраны и опорного кольца на выходном (сопловом) торце. Снаряженный генератор монтируется на объекте посредством крепежных элементов, выполненных в виде парных кронштейнов расположенных на его наружной поверхности. Для равномерного распределения нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации генератора кронштейны расположены на цилиндрической части корпуса симметрично относительно его центра тяжести.
Таким образом, все отличительные от прототипа признаки генератора огнетушащего аэрозоля является необходимыми и достаточными для достижения технического результата, а именно, повышения надежности функционирования в условиях повышенных эксплуатационных нагрузок и расширение тем самым области эффективного использования генератора огнетушащего аэрозоля.
Генератор огнетушащего аэрозоля, характеризующийся описанной совокупностью существенных признаков, является новым и промышленно применимым.
Техническое решение иллюстрировано чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид генератора огнетушащего аэрозоля; фиг. 2 - поперечный разрез генератора А-А на фиг. 1.
Генератор огнетушащего аэрозоля содержит корпус 1, на наружной поверхности которого имеются крепежные элементы, необходимые для монтажа генератора на защищаемом объекте. Крепежные элементы выполнены в виде кронштейнов 2, размещенных на цилиндрической части корпуса 1, преимущественно симметрично относительно центра тяжести генератора огнетушащего аэрозоля. На корпусе 1 могут быть укреплены два или четыре кронштейна 2, при этом, если условный центр тяжести генератора локализован в районе центра фланцевого соединения корпуса 1, то каждый из кронштейнов 2 закреплен на одинаковом расстоянии от плоскости разъема корпуса 1. Выходной торец корпуса 1 перекрыт разрывной герметизирующей мембраной 3, зафиксированной посредством кольца 4, которое в свою очередь закреплено на выходном торце посредством винтов. Внутренний диаметр корпуса 1 превышает на 5-10% внутренний диаметр кольца 4.
В корпусе 1 генератора расположены электроинициатор 5 с воспламенителем 6, заряд 7 аэрозольобразующего состава и блок охлаждения 8. Электроинициатор 5 выполнен в виде пиропатрона который установлен посредством резьбового соединения со стороны переднего днища корпуса 1. Заряд 7 аэрозольобразующего состава установлен в корпусе 1 посредством передней 9 и сопловой 10 торцевых опор.
Заряд 7 выполнен составным, т.е. содержит, как это показано на фигуре 1, две однотипные цилиндрические шашки, установленные последовательно по оси корпуса 1 между опорами 9 и 10. Принципиально заряд 7 может состоять из более чем двух шашек, количество шашек определяется объемом конкретного защищаемого объекта. При этом на цилиндрической поверхности каждой шашки заряда 7 вдоль ее образующей наклеены накладки 11 из эластичного материала. Накладки 11 выполнены из монолитной резины в форме полосы и наклеены на цилиндрической поверхности каждой шашки заряда 7 на одинаковом расстоянии друг от друга. На фигуре 2 изображена шашка заряда 7 с шестью накладками 11. Заряд 7 аэрозольобразующего состава установлен в корпусе 1 с обеспечением компенсационного зазора 1-3 мм между внутренней стенкой корпуса 1 и накладками 11.
Передняя торцевая опора 9 заряда 7 выполнена перфорированной, т.е. ее поверхность, сопряженная с поверхностью шашки, имеет систему сквозных отверстий. Кроме того, опора 9 образует форкамеру 12 для воспламенителя 6. Форкамера 12 представляет собой промежуточный перфорированный стакан между передней торцевой опорой 9 и передним днищем корпуса 1 и сообщена с выходной частью электроинициатора 5. Таким образом, воспламенитель 6, расположенный между электроинициатором 5 и зарядом 7 аэрозольобразующего состава, помещается на входе в форкамеру 12. При этом воспламенитель 6 выполнен в виде твердотопливной канальной шашки всестороннего горения. Сопловая опора 10 закреплена на входе в блок охлаждения 8 и образует опорную поверхность для шашек заряда 7 со стороны выходного торца корпуса 1 противоположная. Таким образом заряд 7 аэрозольобразующего состава неподвижно располагается между передней 9 и сопловой торцевыми опорами. Блок охлаждения 8 представляет собой пакет металлических трубок, жестко соединенных между собой и с корпусом 1.
Генератор огнетушащего аэрозоля функционирует следующим образом.
При транспортировке, а затем при эксплуатации непосредственно на объекте подлежащим защите генератор стационарно монтируется при помощи кронштейнов 2 с максимальным приближением к месту наиболее вероятного возникновения возгорания. Благодаря симметричному расположению кронштейнов 2 на цилиндрической части корпуса 1 относительно центра тяжести, напряжения, возникающие при воздействии сейсмических, вибрационных и ударных нагрузок, распределяются равномерно по всем крепежными элементами. Таким образом, не возникает перекосов, смещений корпуса 1 генератора и обеспечивается его постоянная направленность в объеме защищаемого объекта.
Запуск генератора огнетушащего аэрозоля осуществляется принудительно или автоматически при появлении первичных признаков пожара. Принудительный запуск может осуществляться вручную оператором, а в автоматическом режиме по команде от пускового устройства. При пуске генератора на электрические выводы электроинициатора 5 подается электрический импульс, происходит горение пиросостава с выбросом форса пламени в сторону воспламенителя 6. Для надежного воспламенения зарядов в больших объемах непосредственно от электроинициатора требуются мощные пиропатроны, которые обладают повышенным ударным эффектом.
Применение воспламенителя 6 в качестве промежуточного звена между электроинициатором 5 и зарядом 7 аэрозольобразующего состава позволяет использовать пиропатроны не обладающие значительным ударным действием и устанавливать их в непосредственной близости от воспламеняемой поверхности. При срабатывании электроинициатора 5 начинается всестороннее горение твердотопливной канальной шашки воспламенителя 6. Наличие фор камеры 12 обеспечивает равномерное и устойчивое горение шашки воспламенителя 6. Пороховые газы от воспламенителя 6 проходят через отверстия в стенках форкамеры 12 и поджигают заряд 7 аэрозольобразующего состава, обеспечивая безударное и безэрозионное воздействие «мятым газом».
Заряд 7 аэрозольобразующего состава является самым чувствительным к механическим перегрузкам элементом конструкции генератора. Для снижение указанных нагрузок и обеспечения надежного крепления заряда 7 в корпусе 1 он находиться в состоянии постоянного поджатия со стороны передней 9 и сопловой 10 торцевых опор, котрые исключают его осевое перемещение в процессе эксплуатации. Кроме того, каждая шашка заряда 7 ограничена в радиальном перемещении посредством эластичных резиновых накладок 11, эквидистантно наклеенных на цилиндрической поверхности каждой шашки вдоль ее образующей. Указанные накладки 11 исключают контакт шашек с поверхностью корпуса 1, обеспечивают одновременное воспламенение всей поверхности шашек. Описанная схема крепления заряда 7 аэрозольобразующего состава, обеспечивает возможность реализации многошашечной конструкции с расширенными расходными характеристиками.
Образующийся при горении заряда 7 аэрозоль обладает повышенной температурой, которая эффективно снижается за счет теплообмена при прохождении через пакет скрепленных между собой металлических трубок блока охлаждения 8. Для обеспечения надежного воспламенения и устойчивого горения заряда 7 аэрозольобразующего состава необходим определенный уровень давления в корпусе 1, который обеспечивается разрывной герметизирующей мембраной 3, зафиксированной посредством кольца 4 на выходном торце. Мембрана 3 обеспечивает надежную герметизацию корпуса 1 в процессе эксплуатации генератора, а кольцо 4 прочно удерживает блок охлаждения 8 в корпусе 1. При достижении определенного уровня давления в корпусе 1, мембрана 3 разрушается и аэрозоль поступает в защищаемый объем через расходное сечение корпуса 1 (сопло) величина которого определяется внутренним диаметром кольца 4. При поступлении огнетушащего аэрозоля 2 в очаг пожара, возникает эффект локального и объемного пожаротушения. Использование аэрозольобразующего состава создает повышенный огнетушащий эффект за счет ингибирующего воздействия аэрозоля на окислительно-восстановительные реакции в газопламенной зоне горения.
Достоинством генератора огнетушащего аэрозоля, согласно полезной модели, является его, подтвержденная испытаниями, повышенная надежность и эффективность в условиях многолетнего необслуживаемого использования. Эксплуатация такого генератора экономически и технически не сопряжена с существенными затратами. Генератор рекомендован к применению в любых климатических зонах.
Описанные выше примеры реализации генератора огнетушащего аэрозоля не являются исчерпывающими и приведены только с целью пояснения полезной модели и подтверждения ее промышленной применимости. Специалисты в данной области могут улучшить ее и (или) осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данной полезной модели, отраженной в описании и чертежах.