ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ

Полезная модель относится к средствам пожаротушения и предназначена для объемного тушения пожаров в закрытых и полузамкнутых объемах защищаемого объекта (производственные помещения, склады, отсеки транспортных средств и т.д.), преимущественно для труднодоступных мест и объемов сложной конфигурации.
Известен генератор огнетушащего аэрозоля (патент WO 9721467, кл. А62С 35/08, публ. 1997 г.), представляющий собой цилиндрический корпус с закрытыми торцами, на одном из них выполнены выпускные отверстия, а в другом - установлен электровоспламенитель. В корпусе последовательно зафиксирован пружиной твердотопливный заряд, образована камера сгорания и уложен специальный охладитель, размещенный в торце корпуса с отверстиями. На внутреннюю поверхность корпуса, в зоне размещения заряда и камер сгорания, нанесено специальное покрытие, вспучивающееся при повышении температуры и обеспечивающее теплоизоляцию стенок корпуса.
К причинам, препятствующим использованию известного устройства, для целого ряда объектов является большая дальнобойность газоаэрозольной струи и, как следствие, сохранение высокой температуры в ядре струи на достаточно большом расстоянии. Указанные параметры обусловлены сравнительно высоким уровнем давления в генераторе, что характерно для генераторов огнетушащего аэрозоля с так называемой осевой схемой истечения, при которой по оси генератора последовательно установлены воспламенитель, заряд аэрозолеобразующего вещества, камера сгорания и блок охладителя. В таких генераторах расходонапряженность обратно пропорциональна диаметру газогенератора и, таким образом, для сохранения данного параметра на заданном уровне, а тем самым для сохранения требуемого значения давления в генераторе необходимо увеличивать диаметр генератора, что зачастую неприемлемо исходя из конструктивных соображений.
Известно устройство для обнаружения и объемного тушения пожара и дымообразующий состав (патент WO 9217244, кл. А62С 13/22; 35/08).
Устройство для обнаружения и объемного тушения пожара включает средства для тушения пожара, элемент соединения средств для тушения между собой и средства обнаружения пожара и инициирования средств тушения пожара. Каждое средство для тушения выполнено в виде цилиндрического корпуса с выходным отверстием и размещенным в нем зарядом дымообразующего состава с узлом инициирования. Средства обнаружения загорания и средства соединения и инициирования средств для тушения выполнены в виде огнепроводного шнура. Выходное отверстие выполнено в виде одной или более щелей, расположенных вдоль образующей на боковой поверхности корпуса средства для тушения.
В вышеописанной конструкции генератора отсутствует охладитель, а также не предусмотрены какие-либо технические решение обеспечивающие снижение температуры газоаэрозольной струи, что заметно сужает области применения подобных устройств. К недостаткам конструкции можно отнести и отсутствие камеры сгорания, т.к. выходные отверстия, выполненные в виде одной или нескольких щелей расположены непосредственно за аэрозолеобразующим зарядом, что неминуемо приведет к появлению на выходе продуктов неполного сгорания, имеющих, как правило, высокую токсичность. Горение аэрозолеобразующего заряда в рассматриваемой конструкции происходит только по торцу и внутреннему каналу, т.е. интенсивность газовыделения сравнительно невысокая, что в свою очередь обуславливает сравнительно небольшую площадь выходных отверстий. В случае же выполнения выходных отверстий в виде щелей их ширина будет весьма незначительной, что, с одной стороны, обуславливает сложность их выполнения с точки зрения технологичности изделия, а с другой - возможность их забивки аэрозолем и, как следствие, нарушением нормальной работы газогенератора.
Известен газогенератор для огнетушителей (патент РФ №2115449, кл. А62С 13/22, публ. 1998 г.) Газогенератор включает цилиндрический корпус с отверстиями для выхода газа. Внутри корпуса с зазором установлен внутренний цилиндр с отверстиями на боковой поверхности. Цилиндр заглушен снизу, в нем находятся газогенерирующий заряд, а над ним расположено средство инициирования.
К недостаткам, препятствующим использованию данного генератора, относится то, что эффективное охлаждение газа может быть обеспечено только в случае протяженного узкого канала (кольцевой щели). При такой геометрии генератора не обеспечивается равномерный выход аэрозоля по всей длине генератора, что затрудняет равномерность распределения аэрозоля в защищаемом объеме.
Узкий кольцевой канал способствует увеличению шлакового остатка внутри корпуса и тем самым снижается огнетушащая эффективность.
Известен аэрозольный генератор для тушения пожаров (патент РФ №2114657, кл. А62С 3/00, публ. 1998 г.). Аэрозольный генератор предназначен для объемного аэрозольного тушения пожаров, функционирует в качестве генераторов ингибиторов горения в виде газоаэрозольных продуктов. Генератор содержит коаксиально установленные в корпусе аэрозолеобразующий заряд и камеру охлаждения. По всей цилиндрической поверхности корпуса распределены выходные отверстия. Аэрозолеобразующий заряд размещен с зазором (10-20 мм) в перфорированном цилиндрическом кожухе.
В камере охлаждения размещены таблетки или гранулы из охлаждающего материала. Камера охлаждения выполнена в виде кольцевого зазора относительно аэрозолеобразующего заряда.
Наличие зазора, как это следует из описания к патенту РФ №2114657, необходимо для обеспечения горения состава в газовой фазе и тем самым позволяет на выходе понизить концентрацию продуктов неполного сгорания, т.е. понизить токсичность газоаэрозольной среды.
К недостаткам данной конструкции следует отнести недостаточную интенсивность подачи аэрозоля, что увеличивает время тушения, а, следовательно, снижает и эффективность тушения, особенно в объемах с высокой степенью негерметичности. Одновременно с этим, как отмечают сами авторы, зазор между зарядом и охладителем не может превышать значение 20 мм, в противном случае это приведет к неоправданному уменьшению слоя охладителя и, как следствие, к повышению температуры газоаэрозольной струи. Ограничение размеров камеры сгорания, определяемой зазором в 20 мм, и сравнительно невысокий уровень давления в генераторе не позволяют обеспечить высокую полноту сгорания аэрозолеобразующего состава, приводя тем самым к заметной концентрации вредных выбросов при работе генератора.
По совокупности существенных признаков и достигаемому результату, наиболее близким к заявленному устройству является изобретение по патенту №2114657, которое и выбрано в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение огнетушащей способности газогенератора при снижении концентрации вредных выбросов.
Предлагаемая полезная модель при использовании обеспечивает следующий технический результат:
- оптимальную интенсивность подачи аэрозоля и снижение концентрации продуктов неполного сгорания за счет возрастания времени их пребывания в газовой фазе;
- повышение огнетушащей способности и равномерности выхода аэрозоля без повышения температуры струи аэрозоля;
- полноту сгорания аэрозолеобразующего заряда при повышении интенсивности газовыделения.
Это достигается за счет нового конструктивного решения - продольного разделения корпуса на камеру сгорания и камеру охлаждения (по всей длине корпуса). При этом аэрозолеобразующий заряд устанавливается внутри кожуха с продольными ребрами, которые одновременно выполняют функцию разделения внутреннего объема корпуса на камеры сгорания и охлаждения. Выпускные отверстия выполнены вдоль поверхности корпуса (по его образующей), контактирующей с камерой охлаждения. Перфорация выполнена не по всей поверхности кожуха, а только на той части, которая контактирует с камерой сгорания, а также на ребрах. Предлагаемая конструкция позволяет достичь оптимального давления внутри корпуса для обеспечения необходимой интенсивности и равномерности струи аэрозоля и одновременно - полноты сгорания твердого заряда.
Указанный технический результат достигается тем, что генератор огнетушащего аэрозоля, включающий цилиндрический корпус с выпускными отверстиями на боковой поверхности и закрытыми торцами, камеру сгорания, устройство запуска, камеру охлаждения с гранулированным теплопоглотителем, аэрозолеобразующий заряд, установленный в металлическом кожухе с перфорацией, коаксиально корпусу, отличающийся тем, что кожух снабжен продольными ребрами, выполненными на всю длину корпуса, фиксирующими кожух в корпусе и делящими внутренний объем корпуса на камеру сгорания и камеру охлаждения, а перфорация выполнена только на поверхности кожуха, контактирующей с камерой сгорания, и на продольных перегородках, а выпускные отверстия выполнены на поверхности цилиндрического корпуса, контактирующей с камерой охлаждения, с их распределением только вдоль образующей цилиндра и с возможностью обеспечения радиально-сегментного выпуска аэрозоля.
Наилучший результат достигается при отношении начальной площади сопловых отверстий корпуса в диапазоне от 40 до 100. Наблюдается оптимизация совокупности технических характеристик при работе газогенератора.
Оптимальное отношение массы охладителя к массе аэрозолеобразующего заряда в пределах от 0,7 до 0,9 обеспечивает сравнительно низкую температуру струи аэрозоля без увеличения диаметра корпуса генератора только за счет его конструкции.
Предпочтительно, чтобы суммарная площадь перфорации на кожухе и перегородках была больше суммарной площади отверстий на корпусе. Это позволяет поддерживать необходимый уровень давления в корпусе. Превышение длины корпуса, по крайней мере, в 2,5 раза его диаметра обеспечивает оптимальное распределение вдоль всего корпуса камеры сгорания и камеры охлаждение по всей длине корпуса при небольшом диаметре генератора.
Повышение надежности работы устройства после транспортировки обеспечивается тем, что аэрозолеобразующий заряд плотно размещен в кожухе посредством пружины.
Универсальность запуска генератора обусловлена возможностью использования как электрических воспламенителей, так и термовоспламенителей.
Сечение кожуха может быть круглым или многоугольным, а для удобства монтажа кожух выполнен разъемным.
В качестве охладителя предпочтительно использовать любые известные охладители на основе карбоната магния.
Снижение температуры корпуса можно достичь выполнением на его внутренней поверхности теплозащитного слоя из любого известного материала с низким коэффициентом теплопроводимости.
Для удобства монтаж и эксплуатации генератора аэрозолеобразующий заряд может быть выполнен в виде набора шашек, установленных в кожухе через проставки.
Конструкция предлагаемого устройства поясняется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид генератора (разрез), на фиг.2 представлено поперечное сечение, где: 1 - корпус цилиндрический, 2 - выпускные отверстия, выполненные вдоль образующей корпуса (1), 3 - закрытый торец, 4 - камера сгорания, 5 - устройство запуска, 6 - камера охлаждения, 7 - теплопоглотитель, 8 - аэрозолеобразующий заряд, 9 - металлический кожух, например разъемный квадратного сечения, размещенный коаксиально корпусу (1), 10 - продольные ребра, делящие внутренний объем корпуса (1) по всей его длине на камеру сгорания (4) и камеру охлаждения (6), 11 - перфорация на кожухе (9) и ребрах (10), 12 - пружина, 13 - теплозащитный материал.
Генератор огнетушащего аэрозоля работает следующим образом:
При поступлении сигнала (электрического или теплового) от системы обнаружения пожара или теплового - от термошнура (на чертеже - не указано) на устройство запуска (5) происходит его срабатывание. Это в свою очередь приводит к воспламенению аэрозолеобразующего заряда (8), размещенного в металлическом кожухе (9) с продольными ребрами (10), кожух (9) установлен коаксиально корпусу (1) и зафиксирован ребрами (10). Продукты сгорания аэрозолеобразующего заряда (8), проходя через перфорацию (11) кожуха (10), попадают сначала в камеру сгорания (4). Затем, проходя через перфорацию (11) ребер (10), попадают в камеру охлаждения (6), заполненную охладителем (7) на основе карбоната магния. Происходит снижение температуры с одновременной фильтрацией продуктов сгорания. Пройдя охладитель (7), продукты сгорания в виде смеси инертных газов и ультрадисперсных частиц через выпускные отверстия (2) в корпусе генератора (1) поступают в защищаемый объем. Отверстия (2) выполнены вдоль образующей цилиндрического корпуса (1) по всей его длине, но только в той части, которая соприкасается с камерой охлаждения (6). Именно этим обеспечивается радиально-сегментное истечение аэрозоля.
2
3
На обоих типах генераторов: заявляемом и прототипе были выполнены сравнительные испытания по определению основных технологических параметров (давление в корпусе и распределение температуры по длине газоаэрозольной струи). Давление в генераторах измерялось при помощи датчиков давления типа DMP 331 (фирма изготовитель - BD Sensors) и термопар ХК с регистрацией через аналого-цифровой преобразователь с последующей обработкой на ПК. В процессе испытаний при помощи газоанализатора «ГАММА 100» осуществлялось измерение концентраций СО, Н и NН на выходе из газогенератора. Зонд газоанализатора устанавливался на расстоянии 100 мм от выходных отверстий газогенератора. Эксперименты проводились при фиксированных значениях отношения (n): начальной площади горения к суммарной площади выпускных отверстий и при фиксированном отношении (m): массы охладителя к массе заряда. Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 1.
3
3
Для проведения сравнительных испытаний по огнетушащим характеристикам использовался герметичный шкаф, объемом 51,7 м высотой 2,8 м с размерами основания 5,6×3,3 м. Шкаф оснащен прозрачным смотровым окном. В шкафу устанавливались 4 плошки диаметром 100 мм и высотой 40 мм, которые заполнялись водой (150 мл) и бензином (100 мл). Для фиксации момента тушения над плошками устанавливались термопары с регистрацией сигнала милливольтметрами. В экспериментах использовались образцы предлагаемой конструкции генератора, изготовленные в соответствии с чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2. Каждый из образцов снаряжался аэрозолеобразующим составом КЭП на основе карбоната магния массой 1,0 кг, что обеспечивало для рассматриваемого объема расчетную огнетушащую концентрацию. Генератор прототип имел массу аэрозолеобразующего состава - 3,5 кг, что обусловлено объемом экспериментального шкафа (51,7 м и обеспечивало достижение огнетушащей концентрации (паспортное значение). Эксперименты выполнялись в два этапа: в первой серии экспериментов, тестируемые генераторы устанавливались в нижней части шкафа, а во второй - в верхней (на потолке шкафа). Эксперименты с генераторами предлагаемой конструкции выполнялись при фиксированных отношениях (n) начальной площади горения к суммарной площади выпускных отверстий и при фиксированном отношении (m) массы охладителя к массе заряда. Результаты выполненных экспериментов приведены в таблице 2.
Анализ результатов испытаний:
1. Предлагаемая конструкция генератора обеспечивает высокую надежность тушения очага возгорания как при нижнем размещении (пол) генератора, так и верхнем размещении (потолок).
Прототип такие результаты не обеспечивает.
2. Повышение давления в корпусе при срабатывания генератора (0,10-0,22 мПа) является оптимальным. Указанное давление обеспечивает достаточную интенсивность и равномерное распределение струи аэрозоля в защищаемом объеме. Одновременно с этим поддерживается режим полного сгорания твердых продуктов с минимальной токсичностью выходящих газов.
Прототип этим свойством не обладает.
3. Распределение температуры по длине струи от 73 до 140°С является безопасной и не может вызвать повторного возгорания.
Прототип также обладает этими температурными характеристиками.
4. Результаты испытаний подтверждают, что достижение совокупности оптимальных технологических характеристик и экологической чистоты газов на выходе обеспечивается предлагаемой конструкцией генератора с радиально-сегментным выпуском аэрозоля.
Предлагаемый генератор направлен на решение поставленной задачи и соответствует всем критериям охраноспособности по действующему законодательству.
Таблица 1
Результаты сравнительных испытаний генераторов
Примеры №
Предлагаемая конструкция
Прототип по патенту №2114657
Параметры
При значениях "n" и "m" в пределах заявленных
При значениях "n" и "m" за пределами заявленных
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Отношение начальной площади горения к суммарной площади выпускных отверстий (n)
40
60
80
80
100
100
30
110
80
100
3
Отношение массы охладителя к массе заряда (m)
0,7
0,9
0,8
0,7
0,8
0,9
0,8
0,7
0,5
1,0
1,0
Распределение температуры по длине струи, °С
50 мм
130
125
135
140
140
125
115
180
170
120
140
150 мм
110
105
113
115
115
105
90
165
145
100
100
500 мм
75
73
75
78
79
75
75
85
80
60
65
Отношение измеренной концентрации к расчетной
С<sub>СО</sub>
0,16
0,12
0,11
0,12
0,09
0,10
0,20
0,10
0,05
0,11
0,25
С<sub>NH3</sub>
0,08
0,01
0,01
0,01
0,008
0,01
0,08
0,008
0,007
0,02
0,15
Давление, создаваемое в корпусе (mах), МПа
0,10
0,11
0,12
0,11
0,21
0,22
0,08
0,23
0,07
0,23
0,01
Примечание:1. В примерах 1, 4 и 6, 7, 9 использовался электровоспламенитель; в примерах 2, 3 и 5, 8, 10 - огнепроводный шнур.2. В примере №9 температура струи достигает критического значения - 180 С.
Таблица 2
Результаты сравнительных испытаний генераторов по тушению модельных очагов
Примеры №
Предлагаемая конструкция
Прототип по патенту №2114657
Параметры
При значениях "n" "m" в пределах заявленных
При значениях "n" "m" за пределами заявленных
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Результат тушения при установке генераторов в нижней части модельного шкафа
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
Результат тушения при установке генераторов в верхней части модельного шкафа
+
+
+
+
+
+
-
+
-
-
-
Примечание:"+" - положительный результат тушения «потушено» - тушение всех четырех модельных очагов;"-" - отрицательный результат «не потушено» - нет тушения хотя бы одного модельного очага.