СПОСОБ ВЗРЫВОРАЗРЯДА ДЛЯ УСТРОЙСТВА АЭРОЗОЛЬНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ
METHOD OF EXPLOSION DISCHARGE FOR AEROSOL FIRE EXTINGUISHING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к технологии газового пожаротушения в области противопожарных мер безопасности, а более конкретно к способу, позволяющему предотвращать взрыв и осуществлять стравливание давления.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящее время в существующих огнетушителях в качестве основного заряда применяется пиротехнический состав, который быстро сгорает. Заряд покрывают теплоизоляционным материалом и затем устанавливают в нижнюю часть внутреннего цилиндра огнетушителя. Внутренний цилиндр собирают после того, как охлаждающая текучая среда и крышка внутреннего цилиндра добавлены в переднюю половину внутреннего цилиндра. Когда огнетушитель работает обычным образом, заряд, в результате последовательного и многослойного воспламенения, образует большое количество аэрозольного дыма. Эти высокотемпературные аэрозоли охлаждаются слоем охлаждающей текучей среды, а затем выпускаются струей через насадку для непосредственного воздействия на источник огня с целью его подавления. Тем не менее, дефект в покрытии, трещина в пиротехническом заряде или серьезное засорение газового канала могут привести к внезапному повышению давления в цилиндрическом корпусе с мгновенным воспламенением заряда. Газ сверхвысокого давления, которое быстро повышается, распространяется вперед, быстро выталкивает насадку в сторону и ударяет в насадку с чрезвычайно высокой скоростью, создавая, тем самым, очень большую силу отдачи. Мощная сила отдачи вызывает быстрое перемещение цилиндрического корпуса в обратном направлении, что может очень легко привести к серьезным травмам оператора. В то же время, после взрыворазряда горячий поток воздуха накапливается в цилиндрическом корпусе, и крышка внутреннего цилиндра и т.д. устройства аэрозольного пожаротушения также отсоединяется от цилиндрического корпуса с очень высокой скоростью и отлетает наружу на относительно далекое расстояние, так что, когда суммарное давление слишком высокое, это может привести к другим несчастным случаям или даже более серьезным происшествиям, таким как взрыв цилиндрического корпуса внутреннего цилиндра и тому подобное.
Однако в большинстве устройств аэрозольного пожаротушения отсутствуют соответствующие меры или средства для решения имеющихся в настоящее время проблем, указанных выше. Таким образом, необходимо усовершенствование конструкций или способов работы существующих устройств аэрозольного пожаротушения, чтобы избежать травм персонала и других травм, вызванных мгновенным воспламенением.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание способа, позволяющего предотвращать взрыв и эффективно стравливать давление, решая тем самым проблему причинения травм персоналу в результате того, что дефект в существующем устройстве аэрозольного пожаротушения приводит к созданию мощной силы отдачи после мгновенного воспламенения, и проблему причинения других травм в результате того, что цилиндр взрывается или узел внутреннего цилиндра отлетает наружу с огромной скоростью.
Техническое средство, применяемое в настоящем изобретении, включает:
способ взрыворазряда для устройства аэрозольного пожаротушения, отличающийся тем, что включает следующие этапы:
Этап 1: когда устройство (1) аэрозольного пожаротушения мгновенно воспламеняется, устройство (2) взрыворазряда, соответствующее устройству (1) аэрозольного пожаротушения, порождает ограниченное перемещение вдоль направления, в котором струей направляется поток горячего воздуха из устройства (1) аэрозольного пожаротушения;
Этап 2: когда концевая часть устройства (2) взрыворазряда достигает края устройства (1) аэрозольного пожаротушения, устройство (2) взрыворазряда, будучи ограниченным, останавливает перемещение вдоль направления, в котором струей направляется поток горячего воздуха устройства (1), достигая цели взрыворазряда для устройства (1).
Устройство (2) взрыворазряда, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, содержит фрикционный слой (7), соединительный элемент (5), направляющий узел (6) и ограничительное устройство (8), причем направляющий узел (6) обеспечивает функцию направления скольжением для соединительного элемента (5), когда последний перемещается; при этом соединительный элемент (5) жестко соединен с устройством (1) аэрозольного пожаротушения посредством ограничительного устройства (8); когда концевая часть соединительного элемента (5) начинает отделяться от устройства (1) аэрозольного пожаротушения, ограничительное устройство (8) ограничивает соединительный элемент.
Направляющий узел, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой направляющее кольцо (12), жестко соединенное с соединительным элементом (5), или направляющую канавку, расположенную на наружной стенке устройства (1) аэрозольного пожаротушения и выполненную с возможностью обеспечения скольжения соединительного элемента (5) по направляющей канавке, или другие конструкции, обеспечивающие направленное перемещение соединительного элемента.
Ограничительное устройство (8), выполненное в соответствии с настоящим изобретением, расположено на одном конце устройства (1) аэрозольного пожаротушения, который имеет насадку.
Перемещение соединительного элемента (5), выполненного в соответствии с настоящим изобретением, имеет значение в пределах от 30 мм до 80 мм, предпочтительно от 50 мм до 60 мм, которое может, однако, быть отрегулировано в зависимости от размера цилиндрического корпуса (3) устройства (1) аэрозольного пожаротушения и дозировки агента и т.д.
Кроме того, ограничительное устройство (8), выполненное в соответствии с настоящим изобретением, содержит фланец (9), жестко соединенный с тем концом устройства (1) аэрозольного пожаротушения, где расположена насадка, и зажимной захват (10) для крепления соединительного элемента (5). Между фланцем (9) и направляющим кольцом (12) может быть дополнительно расположен амортизирующий элемент (11). При столкновении с фланцем (9) концевая часть соединительного элемента (5) или направляющее кольцо (12) может амортизировать силу удара и поглощать кинетическую энергию.
Устройство аэрозольного пожаротушения, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой портативное устройство пожаротушения или стационарное устройство пожаротушения и т.д. Способ в соответствии с настоящим изобретением может эффективно применяться для предотвращения взрыва и стравливания давления для устройств пожаротушения, в которых главным образом происходит мгновенное воспламенение заряда.
Мгновенное воспламенение в контексте настоящего изобретения означает, что пиротехнический заряд, который растрескался или сломался или имеет неэффективное наружное покрытие, воспламеняется с сильным пламенем в течение очень короткого периода времени, которое составляет лишь приблизительно 1/10 от обычного многослойного горения. После мгновенного воспламенения заряда мгновенно создаются газы с большим высоким давлением и высокой температурой.
Если анализировать исходя из физического принципа, в соответствии с законом сохранения импульса, суммарный импульс системы остается неизменным, если к системе не приложена внешняя сила или сумма векторов приложенных внешних сил равна нулю. Когда начальное состояние объекта относительно неподвижно и форма или скорость каждой части объекта изменяется в результате действия внутренней силы, процесс может быть в соответствии с законом сохранения импульса и выражается следующей математической формулой: ΣMiVi до=ΣMiVi после=ΔMV=0. Как описано выше, когда взрывается относительно неподвижный объект, импульс объекта является консервативным до и после взрыва (т.е. сохраняется). Кроме того, не важно, до взрыва или после взрыва, сумма (векторов) импульсов всех частей объекта в этих двух состояниях равна нулю. Когда относительно неподвижный объект взрывается, может создаться бесконечно много фрагментов, сформированных таким образом, и бесконечно много направлений, в которых эти фрагменты могут разлетаться. Тем не менее, в соответствии с принципами векторного разложения и синтеза, настоящее изобретение может разложить направления перемещения осколков после взрыва в трех направлениях X, Y и Z. В этих трех направлениях способ выражения сохранения (вектора) импульса после взрыва записывается как: ΣMxVx=ΣMyVy=ΣMzVz=ΔMV=0. Принимая человека в качестве точки отсчета, в настоящем изобретении определяется, что направление вперед-назад является направлением X, направление вправо-влево является направлением Y, а направление вверх-вниз является направлением Z. В ограниченном процессе взрыва, который будет описан далее, противоположные перемещения в направлениях Y и Z в основном относятся к противоположно направленным перетеканиям газов, которые не будут травмировать оператора. Таким образом, в настоящем изобретении опущены исследования по направлениям Y и Z. Таким образом, формула сохранения импульса после взрыва превращается в ΣMxVx=ΔMV=0.
Когда пиротехнический состав ограниченно взрывается между цилиндрическим корпусом (3) и крышкой (4) цилиндра в сборе, и если не будут приняты меры, то цилиндрический корпус (3) и крышка (4) цилиндра в сборе будут быстро оттолкнуты друг от друга газом под высоким давлением вдоль, соответственно, +X направления и -X направления, при этом цилиндрический корпус (3), быстро перемещающийся в направлении -X, может серьезно ранить оператора, в результате отсутствия мер по взрыворазряду.
Принцип способа взрыворазряда, в соответствии с настоящим изобретением, состоит в следующем: в соответствии с третьим законом Ньютона и законом сохранения импульса, представленным выше, превращенная кинетическая энергия в направлении +X и в направлении -X поглощается как можно больше в пределах ограниченного расстояния. Таким образом, крышка (4) цилиндра в сборе не приобретет большую скорость, чтобы отлететь относительно далеко, предотвращая, таким образом, травмы или повреждения персоналу и объектам, с которыми столкнется крышка цилиндра, а цилиндрический корпус (3) не будет травмировать оператора при отлете назад. Способ поглощения большого количества кинетической энергии и уменьшения скорости направленных в противоположные направления перемещений между корпусом (3) и крышкой (4) включает следующее:
во-первых, настоящее изобретение обеспечивает определенную прочность соединения между цилиндрическим корпусом (3) и крышкой (4) цилиндра; цилиндрический корпус (3) и крышка (4) цилиндра будут отделяться друг от друга (взрывом), пока ограниченный взрыв будет преодолевать силу соединения, т.е. согнутый и жестко зажатый зажимной захват (10) для соединения соединительного элемента (5); в процессе указанного преодоления энергия, вырабатываемая в результате взрыва, будет частично поглощаться; однако, прочность соединения не должна быть слишком высокой, в противном случае система, образованная цилиндрическим корпусом (3) и крышкой (4) цилиндра, будет разорвана на куски и будут причинены большие повреждения;
во-вторых, когда цилиндрический корпус (3) и крышка (4) цилиндра скользят в противоположных направлениях, между ними имеется контактная поверхность, на которой есть материал, имеющий относительно большой коэффициент трения, т.е. фрикционный слой (7); в этом случае, когда между двумя объектами создается разнонаправленное перемещение, часть кинетической энергии, вырабатываемой в результате взрыва, еще больше поглощается из-за действия (поглощение энергии) силы трения фрикционного слоя (7);
в-третьих, после скольжения на ограниченное расстояние цилиндрический корпус (3) и крышка (4) цилиндра сталкиваются; в соответствии с теоремой импульса, приращение импульса объекта равно импульсу суммы внешних сил, приложенных к объекту, т.е. FΔt=Δmv, или сумме векторов импульсов всех внешних сил. В соответствии с этой теоремой, скорость, которая должна быть уменьшена настоящим изобретением, теперь является постоянной, т.е. Δv фиксирована, а масса m противоположного перемещения также фиксирована, соответственно, продолжительность столкновения Δt между цилиндрическим корпусом (3) и крышкой (4) цилиндра должна быть увеличена с целью уменьшения между ними силы столкновения; между цилиндрическим корпусом (3) и крышкой (4) цилиндра на плоскости столкновения расположен амортизирующий элемент (11) для увеличения продолжительности столкновения двух объектов для дальнейшего снижения действующей между этими двумя объектами силы столкновения; с точки зрения поглощения энергии, такая мера заключается в преобразовании кинетической энергии разнонаправленного перемещения указанных двух объектов в упругую потенциальную энергию амортизирующего элемента (11) таким образом, чтобы поглощать часть кинетической энергии между разнонаправленно перемещающимися объектами;
в-четвертых, когда амортизирующий элемент (11) нажат до предела, будет частично высвобождена запасенная упругая потенциальная энергия, которая равна сжатию пружины, которая отскакивает после сжатия до предела; высвобожденная упругая потенциальная энергия будет содействовать отскоку плотно сжатого цилиндрического корпуса (3) и крышки (4) цилиндра друг от друга таким образом, чтобы уменьшить скорость разнонаправленного перемещения между корпусом (3) и крышкой (4); таким образом, часть кинетической энергии перемещения будет также поглощаться;
в-пятых, запирающий край, т.е. фланец (9) в настоящем изобретении, расположен на насадке корпуса (3), а крышка (4) цилиндра, чтобы освободиться от корпуса (3), должна вытянуть фланец (9) и сделать его плоским. В процессе вытягивания указанные два объекта должны преодолеть потенциальную энергию деформации фланца (9) корпуса (3) таким образом, чтобы поглотить окончательную кинетическую энергию между указанными двумя объектами.
Используя указанные выше пять способов для ограниченного перемещения устройства взрыворазряда, способ взрыворазряда для устройства аэрозольного пожаротушения в соответствии с настоящим изобретением полностью поглощает или рассеивает мощную кинетическую энергию, создаваемую взрывом, что обеспечивает возможность плавного стравливания или дисперсии кинетической энергии мощного взрыва. С одной стороны, это может предотвратить причинение травмы оператору мощной силой отдачи, создаваемой мгновенным воспламенением. С другой стороны, горячий поток воздуха, создаваемый после мгновенного воспламенения заряда, может эффективно поглощаться или диспергироваться во времени, для предотвращения накапливания чрезмерного давления в корпусе цилиндра, которое может создавать повреждения при разрыве цилиндрического корпуса и корпуса устройства аэрозольного пожаротушения. В то же время, может быть предусмотрено, чтобы крышка цилиндра не отлетала наружу с огромной скоростью, приводя к несчастным случаям и травмируя персонал или повреждая материалы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой разрез устройства взрыворазряда, выполненного в соответствии с вариантом выполнения изобретения;
Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую начальное состояние устройства взрыворазряда, выполненного в соответствии с вариантом выполнения изобретения; и
Фиг. 3 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую конечное состояние устройства взрыворазряда, выполненного в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;
На чертежах: 1 - устройство аэрозольного пожаротушения; 2 - устройство взрыворазряда, 3 - цилиндрический корпус; 4 - крышка цилиндра в сборе, 5 - соединительный элемент, 6 - направляющий узел; 7 - фрикционный слой; 8 - ограничительное устройство; 9 - фланец; 10 - зажимной захват; 11 - амортизирующий элемент; 12 - направляющее кольцо.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ взрыворазряда для устройства аэрозольного пожаротушения, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, в целом реализуется с помощью следующих этапов:
Этап 1: когда устройство 1 аэрозольного пожаротушения мгновенно воспламеняется, устройство 2 взрыворазряда, соответствующее устройству 1, порождает ограниченное перемещение вдоль направления, в котором струей направляется поток горячего воздуха устройства 1;
Этап 2: когда устройство 2 взрыворазряда должно быть отделено от устройства 1, устройство 2 ограничивается, чтобы остановить перемещение, предотвращая тем самым отделение устройства 2 взрыворазряда от устройства 1 для получения эффекта взрыворазряда для устройства 1.
Существующее портативное устройство пожаротушения в настоящем варианте выполнения берется в качестве примера. Внутренний цилиндр расположен в корпусе. Внутренний цилиндр в целом содержит цилиндрический корпус 3 и крышку 4 цилиндра в сборе, расположенную на переднем конце цилиндрического корпуса 3. Заряд расположен в нижней части корпуса 3. Горячий аэрозоль, образующийся при воспламенении заряда, выпускается через насадку крышки 4 цилиндра для тушения пожара. Тем не менее, горячий поток воздуха выходит через крышку 4 после случайного мгновенного воспламенения заряда.
Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, устройство 2 взрыворазряда, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, содержит фрикционный слой 7, соединительный элемент 5, направляющий узел 6 и ограничительное устройство 8. Фрикционный слой 7 устройства 2 взрыворазряда, выполненного в соответствии с изобретением, расположен между соединительным элементом 5 и стенкой цилиндрического корпуса внутреннего цилиндра устройства 1. Когда соединительный элемент 5 направляется направляющим узлом 6 для перемещения вдоль наружной стенки цилиндрического корпуса устройства 1 в направлении, в котором проходит горячий поток воздуха, фрикционный слой 7 в этот момент создает фрикционное сопротивление, потому что эффект упругости фрикционного слоя действует на соединительный элемент 5 и наружную стенку корпуса 3. Фрикционный слой может представлять собой пластмассовый или резиновый материал, или другие упругие материалы, которые могут обеспечивать относительно большой коэффициент упругости. Фрикционный слой 7 выполнен за одно целое с корпусом или может представлять собой большое количество отдельных элементов, в зависимости от конкретной среды применения и результата испытания. Направляющий узел 6, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, который может направлять соединительный элемент 5, когда тот перемещается, может представлять собой направляющее кольцо 12, жестко соединенное с соединительным элементом 5, направляющую канавку, расположенную на наружной стенке цилиндрического корпуса 3 и выполненную с возможностью обеспечения скольжения соединительного элемента 5 в осевом направлении вдоль направляющей канавки, или направляющий рельс или другие конструкции, при условии, что соединительный элемент при перемещении можно направлять. Если взять, например, направляющее кольцо 12, то оно может быть дополнительно жестко соединено как единое целое с соединительным элементом 5 способами, включающими зажим, клепку или сварку и т.д. Ограничительное устройство 8, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, расположено на одном конце, на котором расположена насадка корпуса 3 внутреннего цилиндра устройства 1 и в целом содержит фланец 9 или наплыв, жестко соединенный с внутренним цилиндром устройства 1, и зажимной захват 10 для крепления соединительного элемента 5. Амортизирующий элемент 11 расположен между фланцем 9, или наплывом, и направляющим кольцом 12, или расположен на фланце 9 для амортизации силы удара между концевой частью соединительного элемента 5 и передним концом цилиндрического корпуса 3 устройства 1, и поглощает часть кинетической энергии движения с упругим эффектом. Фланец 9, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, используется в основном для ограничения перемещения устройства 1. С другой стороны, когда сила удара корпуса 3 является слишком большой, часть кинетической энергии может поглощаться путем преодоления силы сопротивления фланца, который имеет определенную прочность. Таким образом, фланец 9, выполненный в соответствии с настоящим вариантом выполнения, может быть заменен всеми конструкциями, которые могут главным образом реализовывать первую цель или две указанные выше цели, образуя еще один вариант выполнения. Фланец 9, или наплыв, может быть дополнительно объединен с направляющей канавкой направляющего узла 6. Соединительный элемент 5 может быть закреплен на корпусе 3 устройства 1 с помощью зажимного захвата 10 ограничительного устройства 8, причем количество захватов 10 может быть определено в соответствии с количеством соединительных элементов 5, т.е. количество элементов 5 может быть равно двум или большему количеству, которое определяется в соответствии с условиями применения.
Когда устройство 1 бьет струей обычным образом, горячий газ высвобождается из насадки устройства 1 без создания слишком большого потока воздуха, и тогда устройство 2 взрыворазряда не запускается, и соединительный элемент 5, который закреплен на корпусе 3 с помощью зажимного захвата 10, не будет перемещаться в осевом направлении вдоль корпуса 3. Только тогда, когда газ с чрезвычайно высоким давлением, которое создается в результате мгновенного воспламенения агента, накапливается в цилиндрическом корпусе и толкает крышку 4 и соединительный элемент 5 в направлении, в котором струей направляется горячий воздушный поток, пока концевая часть соединительного элемента 5 не переместится к переднему концу соединительного элемента 5, предназначенного для отсоединения от корпуса 3 устройства 1, при этом в результате мощной силы удара зажимной захват 10 ограничительного устройства 8 отделяется, чтобы, с одной стороны, поглотить часть кинетической энергии. В этот момент соединительный элемент 5 будет скользить в осевом направлении вдоль корпуса 3, при этом в процессе перемещения фрикционным слоем 7 на соединительном элементе создается сопротивление трению, поглощая часть кинетической энергии. Когда концевая часть соединительного элемента 5 достигает наконечника корпуса 3, как показано на Фиг. 3, фланец 9 ограничительного устройства 8, закрепленный на корпусе 3, останавливает отделение концевой части элемента 5 от корпуса 3. В этот момент амортизирующий элемент 11, расположенный между фланцем 9 и направляющим кольцом 12, выполняет функцию поглощения части кинетической энергии благодаря своей упругости. Кроме того, амортизирующий элемент амортизирует мощную силу удара между концевой частью соединительного элемента 5 и фланцем 9. В то же время, когда сила удара превышает несущую прочность фланца 9, фланец упруго или пластически деформируется, чтобы еще больше поглотить часть кинетической энергии, при этом мощная кинетическая энергия, созданная мощным потоком горячего воздуха, генерируемым мгновенным воспламенением заряда устройства 1, может быть также полностью поглощена во всем процессе, не создавая чрезмерную силу отдачи. Кроме того, поток горячего воздуха не будет чрезмерно накапливаться в цилиндрическом корпусе 3, приводя к взрыву. В то же время устройство 2 взрыворазряда не будет отделяться от устройства 1, что позволяет избежать травм персонала и повреждений материалов.
Перемещение соединительного элемента 5, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, имеет значения в диапазоне от 30 мм до 80 мм, предпочтительно от 50 мм до 60 мм, которое может быть адаптивно отрегулировано, тем не менее, в зависимости от размера цилиндрического корпуса 3 устройства 1 и дозировки загруженного в него агента и т.д.
Устройство взрыворазряда, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, не ограничивается только описанным выше портативным устройством аэрозольного пожаротушения, но также применимо и к стационарному устройству пожаротушения, и может быть собрано в отверстии цилиндрического корпуса внутреннего цилиндра в стационарном устройстве пожаротушения, или оно также может быть применимо на других аналогичных продуктах или случаях, связанных с требованиями предотвращения взрыва (взрыворазряда) и уменьшения силы отдачи.