ГЕНЕРАТОР АЭРОЗОЛЯ

Предложенная полезная модель относится к области пожаротушения, а именно к устройствам, действие которых основано на использовании в качестве ингибиторов горения взвешенных высокодисперсных твердых частиц - аэрозоля, образующегося при горении шашки пиротехнического состава и выделяющегося в защищаемый объем.
Уровень данной области техники характеризует генератор огнетушащего аэрозоля, описанный в изобретении по патенту RU 2205671, А62С 3/02, 2002 г., который содержит помещенные аксиально в корпусе через прослойку строительного гипса (технологически отверждающийся материал) пиротехническую шашку, газопроницаемый блок охлаждения из насыпного теплоемкого материала, перекрытый мембраной ресивер и крышку с выходными отверстиями.
Пиротехническая шашка сообщается с осевым воспламенителем, который коммутируется с внешним пусковым устройством.
Мембрана геометрически по контуру замкнута на корпусе крышкой, выходные радиальные отверстия которой закрыты бандажом из алюминиевой фольги в служебном обращении, изолируя от внешней среды внутренний объем генератора, что позволяет использовать его в условиях повышенной влажности.
Недостатком описанного генератора является большая потеря генерируемого аэрозоля, оседающего на гранулах блока охлаждения, который представляет собой большое аэродинамическое сопротивление, что заметно снижает эффективность основного действия из-за продолжительного времени, необходимого для создания в охраняемом объеме заданной тушащей концентрации ингибиторов горения. Невысокий удельный выход огнетушащего аэрозоля ограничивает быстродействие описанного генератора по тушению пожаров.
Более совершенным является генератор аэрозоля по патенту RU 2142836, А62С 35/00, 13/22, 1999 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному генератору аэрозоля.
Известный генератор аэрозоля содержит пиротехническую шашку функционального состава, воспламенитель, ресивер и жестко связанные коаксиально смонтированные перфорированные цилиндры блока охлаждения и корпуса, оснащенные термозащитными оболочками из отверждающегося материала.
Выходной реверсивный канал между корпусом и кожухом блока охлаждения закрыт крышкой с соплами, выполняющей функции диафрагмы.
На кожухе дополнительно закреплен аксиальный патрубок с эжекционными окнами для подсоса атмосферного воздуха, создающего турбулентное перемешивание со струями выходящего аэрозоля для более эффективного его охлаждения.
Хорошая термоизоляция кожуха позволяют использовать известный генератор для ручного направленного тушения пожара.
Однако, известный генератор огнетушащего аэрозоля имеет неудовлетворительную функциональную надежность из-за присущих недостатков.
Пиротехническая шашка изолирована от внешней среды условно герметично, что не исключает несанкционированного срабатывания от ударного импульса детонации в охраняемом объеме, то есть конструкция не взрывобезопасна.
Это усугубляется наружным расположением воспламенителя, который взаимодействует с пиротехнической шашкой через протяженный ресивер.
Конструктивное выполнение генератора упрощает сборку при раздельном хранении комплектующих, но определяет необходимость использования мощного воспламенителя для гарантированного инициирования устойчивого горения пиротехнического состава шашки.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности генератора огнетушащего аэрозоля путем обеспечение его взрывобезопасности при воздействии внешнего несанкционированного импульса из охраняемой среды и качественно более высокого охлаждения генерируемого аэрозоля для расширения области практического применения по назначению.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе аэрозоля, содержащем воспламенитель, связанный с внешним пусковым устройством, пиротехническую шашку, установленную в перекрытом диафрагмой цилиндрическом корпусе, совмещенном с ресивером и смонтированном в кожухе с кольцевым зазором, причем корпус и кожух оснащены термозащитными оболочками из отверждающегося материала, по предложению авторов, кожух наполнен жидким маслом и закрыт крышкой с радиальными выходными отверстиями, на которой смонтирован центральный кронштейн, несущий распределенные по высоте поперечные диски, помещенные между шпангоутами внутри кожуха, над диафрагмой корпуса, покрытой сгорающей мембраной, а средства коммуникации воспламенителя с внешним пусковым устройством расположены в слое жидкого масла, причем крышка кожуха размещена в охватывающей камере, которая в верхней части оснащена выпускными окнами.
Особенностью варианта конструктивного выполнения предложенного генератора аэрозоля является то, что на крышке закреплен отражающий колпак, открытый книзу торец которого выполнен с отбортовкой, причем отражающий колпак альтернативно расположен в открытом сверху диффузоре, закрепленном на кожухе, который, в частности, выполнен в виде камеры, оснащенной выпускными окнами.
Отличительные признаки направлены на повышение функциональной надежности генератора тушащего аэрозоля за счет обеспечения его взрывобезопасности при длительном сроке службы по охране помещений различного назначения, например, с повышенным содержанием в атмосфере взвешенных частиц и влаги.
Кроме того, изделие по предложенной полезной модели, согласно ГОСТ Р51046 от 01.01.98 может быть аттестовано как генератор III типа (с.4, таблица 1), так как в нем обеспечивается температура аэрозольных продуктов на срезе выпускного отверстия ниже 130°С, что недостижимо для действующих аэрозольных огнетушителей.
Размещение корпуса с пиротехнической шашкой в объеме жидкого масла, наполняющего кожух, обеспечивает ее герметичное изолирование, исключая срабатывание от несанкционированного инициирующего импульса внешней среды, то есть генератор является взрывобезопасным.
Жидкое масло, наполняющее кожух, химически инертно для генерируемого тушащего аэрозоля, который в масле не растворяется, что исключает непродуктивные потери тушащего ингибитора.
Масло имеет высокую теплоемкость, поэтому служит дополнительным конвективным охладителем аэрозоля при барботаже восходящими струями генерируемого аэрозоля.
Использование жидкого масла в качестве дополнительной охлаждающей среды газообразных продуктов горения пиротехнической шашки в сочетании с транспортированием аэрозоля по лабиринтному каналу внутри генератора, при многократном торможении, диспергировании и перемешивании его струйных потоков, обеспечивает выравнивание и снижение температуры огнетушащего аэрозоля на выходе из сопла генератора до уровня 100-120°С.
При этом следует заметить, что жидкое масло инертно относительно пиротехнического состава шашки, не растворяет его и не вступает в химическую реакцию. Шашка изолируется для стабилизации воспламенения и расчетного термодинамического режима генерирования аэрозоля при торцевом горении заряда.
Выполнение крышки кожуха с радиальными выходными отверстиями, формирует ресивер, где газообразные продукты тушащей смеси накапливаются и перемешиваются, обеспечивает струйное поперечное истечение аэрозоля с высокой скоростью, в результате чего происходит сопутствующая инжекция воздуха из охраняемого объема, которым разбавляются и активно охлаждаются тонкие струи аэрозоля.
Кроме того, крышка кожуха служит несущим элементом для крепления центрального кронштейна с дополнительной оснасткой - каскадом отбойников потока генерируемого аэрозоля, выполненных в виде поперечных дисков.
Крепление на центральном кронштейне распределенных по высоте поперечных дисков необходимо для ступенчатого торможения аэрозоля внутри охлаждающего масла и его отражения, в результате чего в аэрозоле усиливается турбулентность, активизируется барботаж, интенсифицируется теплообмен, результатом чего является эффективное снижение температуры тушащей смеси на выходе из генератора.
Таким образом, поперечные диски служат в качестве экранов, препятствующих свободному прохождению потоков аэрозоля, которые тормозятся и отражаются, что сопровождается дополнительным выделением в масло тепла и увеличивает время контакта аэрозоля с теплоемким наполнением кожуха.
Размещение шпангоутов внутри кожуха между распределенными на центральном шпангоуте поперечными дисками совокупно формирует зигзагообразный выходной канал для аэрозоля, характеризующийся большим газодинамическим сопротивлением для восходящих потоков аэрозоля, которые тормозятся, обеспечивая тем самым более длительное взаимодействие с поглощающим тепловую энергию маслом и дополнительного при этом охлаждения.
При торможении аэрозоля диспергированные частички масла адсорбируются на поверхности поперечных дисков, прилипая к ним, то есть в основной массе не выносятся из кожуха.
При развороте поперечных струйных потоков, выходящих из радиальных отверстий крышки кожуха, на стенках охватывающих ее камеры или отражающего колпака происходят вышеописанные процессы охлаждения аэрозоля и адсорбции остатков масла, которое каплями стекает по стенке и накапливается на дне камеры или в объеме внутренней отбортовки кольцевого сопла соответственно. Таким образом, масло практически не выносится в охраняемый объем.
Установка на диафрагме корпуса сгорающей мембраны обеспечивает в служебном обращении разделение объемов кожуха и корпуса, то есть изолирование пиротехнической шашки от масла, причем при функционировании генератора аэрозоля мембрана сгорает практически мгновенно при его запуске и не является заметным препятствием для распределения генерируемого при горении пиротехнической шашки огнетушащего аэрозоля.
Размещение средств коммуникации (электрошнуров) воспламенителя с внешним пусковым устройством в слое жидкого масла предотвращает проскок случайных электрических искр, так как является надежным изолятором по определению, что повышает функциональную надежность генератора.
В глухой, охватывающей крышку кожуха, камере создается избыточное давление генерируемого аэрозоля, который при этом интенсивно выбрасывается через ее выпускные окна для заполнения охраняемого объема сверху.
Крепление на крышке кожуха отражающего колпака, открытый книзу торец которого формирует кольцевое выходное сопло, автоматически переориентирует еще раз направление потока тушащего аэрозоля, который расширяется, активно перемешивается и дополнительно охлаждается перед подачей в охраняемый объем.
Выполнение на открытом торце отражающего колпака, со стороны выходного кольцевого сопла, отбортовки, где происходит сбор сепарируемых из аэрозоля, подаваемого в охраняемый объем, распределенных частичек масла, предотвращает физическое загрязнение примыкающей к генератору площади и крапчатые следы выгорания капель масла. То есть отбортовка на торце колпака служит маслосборником для стекающих капель масла по ее стенкам.
При размещении отражающего колпака в открытом сверху диффузоре, который закреплен на кожухе, обеспечивается активный подсос воздуха извне в центр кольцевого потока аэрозоля, выходящего из сопла, их перемешивание и снижение скорости тушащей смеси на выходе генератора.
Размещение крышки кожуха в охватывающей камере, снабженной вверху выпускными окнами, является альтернативным, когда необходимо по условиям эксплуатации направить генерируемый аэрозоль непосредственно на защищаемый объект или создать более устойчивую ингибирующую завесу в охраняемом объеме.
В этом случае камера выполняет функции дополнительного ресивера, где происходит окончательное охлаждение тушащей смеси, посредством инжектируемого через выпускные окна воздуха из охраняемого объема.
Предложенные варианты выполнения генератора и сочетания его структурных элементов позволяют, не меняя основной сущности изобретательского замысла, варьировать направлением истечения тушащей смеси и ее аэродинамическим режимом, в соответствии с условиями эксплуатации генератора по назначению.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по огнетушителям, показал, что она не известна, а с учетом возможности серийного изготовления генераторов аэрозоля в действующем серийном производстве, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Сущность предложенной полезной модели поясняется чертежом, где изображены:
на фиг.1 - предложенный генератор в продольном разрезе;
на фиг.2 - то же, с дополнительной камерой;
на фиг.3 - вариант выполнения генератора с отражающим колпаком;
на фиг.4 - то же, с дополнительным диффузором;
на фиг 5 - генератор с отражающим колпаком, помещенным в камере.
Генератор аэрозоля содержит коаксиально смонтированную в цилиндрическом кожухе 1 пиротехническую шашку 2, которая через прослойку 3 из отверждающегося материала (строительный гипс, пенобетон и пр.) закреплена в корпусе 4, установленном с кольцевым зазором 5 относительно коаксиального кожуха 1.
Кожух 1 снабжен термоизолирующей прослойкой 6 из строительного гипса или пенобетона, технологически формируемой в виде примыкающей к нему оболочки.
Жестко связанные между собой кожух 1 и термоизолирующая прослойка 6 формируют в устойчивой совокупности несущую композитную конструкцию, упруго работающую при знакопеременных нагрузках.
Пиротехническая шашка 2 оснащена воспламенителем 7, который электрически связан посредством средств коммуникации 8 (электрошнурами) с внешним устройством 9 пуска.
Корпус 4, совмещенный с ресивером 10, закрыт диафрагмой 11, покрытой сгорающей мембраной 12, перекрывая выходные отверстия 13 диафрагмы 11 в служебном обращении.
Кожух 1 наполнен жидким маслом 14 (трансформаторным, моторным и т.п.), покрывая корпус 4, над которым расположен ряд поперечных дисков 15, распределено закрепленных на центральном винтовом кронштейне 16.
Кронштейн 16 подвешен на выпуклой крышке 17 кожуха 1, в которой выполнены радиальные отверстия 18 для выхода генерируемого аэрозоля.
Между поперечными дисками 15 расположены шпангоуты 19, закрепленные внутри кожуха 1, совместно формируя зигзагообразный канал сообщения пиротехнической шашки 2 с выходными отверстиями 18.
Жидкое масло 14 заливается в кожух 1 через сквозное отверстие в дне крышки 17, которое закрыто резьбовой пробкой 20.
Размещение электрошнуров 8 в прослойке масла 14 формирует искробезопасную электрическую цепь воспламенителя 7, чем исключается несанкционированный запуск генератора от посторонних наведенных импульсов.
Дополнительно на кожухе 1 монтируется камера 21, охватывающая его крышку 17 с радиальными отверстиями 18 (фиг.2).
Генератор аэрозоля по варианту выполнения (фиг.3-5) дополнительно оснащен отражающим колпаком 23, который дном опирается на крышку 17, с которой жестко связан посредством центрального винтового кронштейна 16 в конструкционное единство.
Открытый торец колпака 23 изнутри снабжен кольцевой отбортовкой 24, выполняющей функции накопителя капель масла, стекающих по его стенке.
Кольцевой зазор между кожухом 1 и отбортовкой 24 колпака 23 формообразуют кольцевое выходное сопло 25 генератора, через которое происходит выброс генерируемого аэрозоля.
Дополнительно на кожухе 1 монтируется (фиг.4) диффузор 26, который открыт вверху и охватывает крышку 17 с радиальными отверстиями 18.
В качестве альтернативы (фиг.5) диффузор 26 выполнен в форме глухой камеры 27, оснащенной выпускными окнами 28, в частности, зарешеченными.
Функционирует предложенный генератор аэрозоля следующим образом.
При возникновении возгорания в охраняемом объеме автоматически сигналом с узла 9 пуска инициируется воспламенитель 8, поджигающий пиротехнический состав шашки 2, при горении которой образуются газообразные продукты ингибиторов горения в форме аэрозоля, заполняющего ресивер 10.
В ресивере 10 генерируемый аэрозоль заполняет объем, перемешивается, при этом его температура и давление выравниваются.
При возрастании давления в ресивере 10 через отверстия 13 диафрагмы 11 прорывается мембрана 11 или она прогорает от прямого контакта с горячим аэрозолем, который струйно истекает в масло 14, наполняющее кожух 1.
В объеме масла 14 под действием распределенных струй аэрозоля возникает барботаж, сопровождающийся активным теплообменом, без химического взаимодействия.
В процессе горения шашки 2 генерируемый аэрозоль скапливается в свободном объеме кожуха 1 под крышкой 17, где растет давление продуктов горения шашки 2.
Из корпуса 4 аэрозоль перемещается в охлаждающем масле 14 по зигзагообразному каналу между шпангоутами 20 кожуха 1 и поперечными дисками 15 на кронштейне 16, которые служат механическими отбойниками, препятствующими свободному проходу аэрозоля, при торможении и развороте которого происходит дополнительный отбор тепла - охлаждение аэрозоля.
На дисках 15 в свободном объеме кожуха 1 происходит сепарация капель масла 14, увлекаемых выходящим из корпуса 4 аэрозолем, которые адгезионно прилипают к поверхности дисков 15.
Через радиальные отверстия 18 крышки 17 аэрозоль под давлением распределенными струями выбрасывается в охраняемый объем (фиг.1), где оказывает ингибирующее воздействие на цепную реакцию горения, прерывая ее, в результате чего пожар подавляется.
В генераторе по фиг.2 высокоскоростное истечение аэрозоля через отверстия 18 крышки 17 сопровождается инжектированием воздуха через окна 22 внутрь камеры 21, где они перемешиваются и накапливаются, при этом аэрозоль активно охлаждается. Далее сформированная тушащая смесь при возрастании давления выбрасывается в охраняемый объем, заполняя его.
По варианту выполнения генератора (фиг.3-5) радиальные струи аэрозоля из кожуха 1 поступают внутрь отражающего колпака 23, где они разворачиваются при торможении на его стенках в сторону выходного отверстия 25 (кольцевого сопла) генератора.
При струйном истечении аэрозоля через радиальные отверстия 18 крышки 17 происходит интенсивное инжектирование воздуха из защищаемого объема через сопло 25 по зазору между кожухом 1 и отбортовкой 24. Относительно холодный инжектируемый воздух активно перемешивается со струями аэрозоля, разбавляя и заметно охлаждая его.
При торможении аэрозольных струй на стенке колпака 23 остатки капель масла адгезионно прилипают к ее поверхности, накапливаются, увеличиваются и постепенно стекают в кольцевой буртик на открытом торце колпака 23, сформированный отбортовкой 24, где остаются на все время действия генератора.
Следовательно, в динамике процесса происходит отделение от огнетушащего аэрозоля капель масла, которые не выбрасываются в защищаемый объем.
Дополнительное охлаждение вышедшего из кожуха 1 аэрозоля инжектируемым воздухом далее происходит в диффузоре 26 (фиг.4) или камере 27 (фиг.5), после чего охлажденная тушащая смесь в охраняемый объем поступает соответственно через открытый верхний торец диффузора 25 или выпускные окна 28.
Организованный таким образом газо-, гидродинамический режим лабиринтного истечения генерируемого аэрозоля от горящей пиротехнической шашки 2 до выходного среза генератора (его сопла 25, выход диффузора 26, окна 22, 28) обеспечивает охлаждение ингибирующих газообразных продуктов до температуры в диапазоне 110-120°С, что соответствует нормативу генераторов III типа, ранее не достигаемому уровню для всех действующих аэрозольных генераторов.
Испытания опытных образцов предложенного генератора показали его высокую эффективность пожаротушения, надежное функционирование при полной взрывобезопасности в служебном обращении и при длительном времени эксплуатации по противопожарному охранению спецобъектов, например, с повышенным содержанием в атмосфере помещения горючих газов, взвешенных пыли и волокон, образующих взрывоопасные парогазовые и пылевоздушные смеси, а также полностью исключить выход за пределы генератора вместе с аэрозолем искр и твердых раскаленных частиц, способных вызвать воспламенение окружающих материалов или предметов.