СПОСОБ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
FIRE EXTINGUISHING METHOD

Изобретение относится к технике импульсного пожаротушения и распыления веществ в газовой среде, предпочтительно в воздухе, и может быть использовано для распыления значительного количества огнетушащего средства (ОС) за короткий промежуток времени, в частности для целей пожаротушения.
Многочисленные испытания и результаты реальных пожаров показали, что распыленный при ненаправленном подрыве над очагом пожара (равно и поданный при ненаправленном подрыве в очаге пожара на земле) ОС «сносит» восходящими нагретыми потоками раньше, чем оно успеет сформироваться в распыленное «облако» в зоне химических реакций термического разложения, т.к. скорость газовых потоков в области горения, а тем более в эпицентре, достигает нескольких десятков метров в секунду (и может достигать величину около 100 м/с). Чтобы преодолеть этот барьер кинетическая энергия (скоростной напор) потока ОС (на конечном этапе) должна превышать аналогичный показатель восходящих тепловых потоков. Что при ненаправленной подаче ОС практически невозможно.
Поэтому наиболее эффективными способами в сфере пожаротушения считаются те из них, которые обеспечивают оперативную, целевую доставку огнетушащего средства (ОС) и его импульсное, практически мгновенное, выбрасывание на очаг пожара.
Известны способы пожаротушения путем импульсного воздействия потоком ОС с высокой кинетической энергией, в частности, за счет энергии быстро расширяющегося рабочего газа. Один из таких способов (IFEX по патенту США 5305957) заключается в выбрасывании с высокой скоростью ОС под воздействием энергии сжатого воздуха. Недостатком способа является низкая дальность, низкий коэффициент использования тушащего вещества и необходимость использования дорогостоящей и громоздкой аппаратуры высокого давления (до 3000 атм.).
Известна установка с контейнером распыляемого ОС, закладываемого в ствол, позволяющая распылять огнетушащие вещества путем импульсного воздействия на них энергии газа, образующегося при сгорании порохового заряда в стволе пусковой установки (RU 2008048 C1, RU 2 055 767 C1, RU 189214 U1). Недостатками данных устройств являются низкий уровень коэффициента полезного действия из-за больших потерь огнетушащего вещества по пути к очагу пожара из-за рассеивания в воздухе и оседания вне очага пожара, а также недостаточные дальности доставки огнетушащих веществ.
Среди известных средств доставки и распыления веществ в очаге пожара актуально использование пиротехнических (пороховых) источников газов. Известно устройство, предусматривающее доставку за счет артиллерийских орудий (US 7325350) или бомб в форме снаряда (US 7896092). Устройство выбрасывается с вертолета и срабатывает от тепла, выделяемого горящим зданием при попадании в очаг пожара. Известны средства доставки и распыления (SU 1729525 A1, RU 131977 U1, RU 113155 U1), позволяющие повысить эффективность пожаротушения высотных зданий за счет точной доставки и распыления средств пожаротушения в очаге пожара. Недостатком указанных изобретений является низкая эффективность тушения пожаров. Низкий коэффициент использования ОС в самом очаге пожара из-за выноса его из очага раскаленным воздухом, испарения или разложения в результате воздействия высокой температуры. То есть доля огнетушащего вещества, достигающего наиболее горячих зон пожара, на которые и необходимо максимально эффективно воздействовать, является незначительной.
К близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявленному изобретению является способ пожаротушения (варианты) и устройство для его осуществления по пат. РФ 2 288 761. Способ состоит из выброса множества снарядов, содержащих ОС, через дульный срез ствола артиллерийско-технического средства; идентификацию целевого района, который нужно покрыть ОС, и выброс снарядов, заполненных ОС, из артиллерийско-технического средства, благодаря чему указанное ОС рассеивается над целевым районом; активизация средства разрыва происходит при ударе, благодаря чему ОС может быть рассеяно на уровне земли или активируется после получения сигнала снарядами, благодаря чему ОС может быть рассеяно на заданной высоте над уровнем земли; активизация указанного средства разрыва осуществляется с различными заданными задержками времени, благодаря чему ОС может быть рассеяно на различных высотах над уровнем земли.
3
3
3
Однако, по результатам моделирования теплообменных процессов при ненаправленном подрыве над очагом пожара (равно и подрыве в очаге пожара) посчитано, что для эффективного тушения пожара твердых горючих материалов, например, леса, удельный расход, например, порошковых ОС пожаротушения ненаправленным взрывом должен составлять порядка 2,5 кг/м2, а при большой площади горения и неравномерности термодинамических процессов по площади пожара - в разы больше. Но даже если предположить, что скоростной напор восходящих тепловых потоков будет преодолен, то на эффективное тушение пожара леса площадью 10 га потребовалось бы 500-600 т ОС (в частности порошка). Совершенно очевидно, что столько порошка доставить в очаг пожара одновременно нереально. Моделирование подтвердило и другой факт, что для эффективного тушения пожара твердых горючих материалов требуемая концентрация порошка составляет порядка 0,5 кг/м (т.е. 0,5 кг порошка на 1 м зоны горения), а интенсивность подачи порошка порядка 0,1 кг/(м с) (т.е. на 1 м зоны горения в секунду). Тогда для эффективного тушения процесс подачи порошка должен длиться непрерывно 5-10 с. По параметрам ОС ненаправленным распылом порошка средняя концентрация порошка получается в 5 раз меньше требуемой. Процесс распыла вряд ли длится 5-10 с, скорее всего 1 с или меньше, что не может гарантировать эффективное пожаротушение. И последнее - в приведенных выше условиях для доставки к месту пожара ОС потребовалось бы одновременно более 20 самолетов по 100 бомб массой 250 кг каждая или применение одновременно 2000 артиллерийских установок со снарядами массой 25 кг. Эти данные справедливы для случая тушения лесного пожара площадью всего 10 га, но размер среднестатистического пожара в России превышает 50-60 га, т.е. в 5-6 раз больше. Таким образом, техническое осуществление такого способа (процесса пожаротушения) с учетом приведенных доводов и экономических параметров, доказывают его несостоятельность.
Разработан и защищен, как полезная модель патентом. РФ №113155, способ пожаротушения при помощи пожаротушащего устройства, доставляемого к очагу пожара любым известным способом. Устройство представляет собой контейнер с огнетушащим составом, закрытый с торцов передней и задней крышками. С целью оперативности доставки осуществляют выброс из пусковой установки. В контейнере есть распылитель огнетушащего состава, выполненный в виде цилиндрической трубки, закрытой с обеих торцов, размещенной в передней части контейнера вдоль его продольной оси. Устройство содержит последовательно установленные в общем корпусе, размещенном в задней части контейнера на одной оси с распылителем, соединенные между собой заряд порохового аккумулятора давления, замедлительный заряд и сопло Лаваля, с размещенным в сопле вышибным зарядом, при этом пороховой аккумулятор давления примыкает к распылителю по торцу. Способ пожаротушения реализуется следующим образом. Подготовленный (заправленный) контейнер прикрепляется к средству доставки. Подают разряд электрического тока на электровоспламенитель, воспламеняется вышибной заряд. Пожаротушащее устройство отстреливается из пускового устройства в направлении очага огня. При горении вышибного заряда одновременно воспламеняется заряд замедлителя. По истечении заданного времени, заряд замедлителя воспламеняет заряд порохового аккумулятора давления, образующиеся газы проникают в трубку распылителя, разрывают ее и перемешиваются с огнетушащим составом, Под действием давления контейнер разрушается, происходит распыление огнетушащего состава во всех направлениях.
Способ пожаротушения по этому патенту, как отмечает заявитель, отличается оперативностью и точностью доставки, а контейнер с огнетушащим составом обеспечивает мгновенный (импульсный) выброс в круговой сфере высокоэффективное пожаротушащее средство. По сущности выполнения процесса пожаротушения, по совокупности реализуемых технических приемов, считаем данный способ ближайшим аналогом заявляемого нами способа.
Недостатком этого способа является то, что применяемое для доставки ОС устройство не обеспечивает целенаправленный выброс ОС, распыляя его в круговой сфере, во всех пространственных направлениях от точки взрыва. Это приводит к низкой удельной концентрации распыленного огнетушащего порошка и сильному рассеиванию порошка, что не обеспечивает достаточное перекрытие кислорода в зону горения. Кроме того, дисперсные частицы распыленного порошка нагреваются и уносятся восходящими потоками продуктов горения. То есть доля огнетушащего вещества, достигающего наиболее горячих зон пожара, на которые и необходимо максимально эффективно воздействовать, является незначительной. Это обуславливает низкую эффективность устройства для тушения пожаров на значительной площади и высокоинтенсивных пожаров. При контактном ненаправленном срабатывании (взрыве) в очаг горения будет доставлена лишь незначительная часть пламегасящего состава. Большая часть будет рассеяна взрывом вверх и в стороны, а также унесена мощными восходящими потоками продуктов горения. Действительно, если представить боеприпас с пожаротушащим агентом в виде шара (или цилиндра), подлетающего к цели, то по теории точечного взрыва все компоненты, включая пожаротушащий состав, будут разбросаны по сферическому объему равномерно во все стороны. Если принять направлением на цель телесный угол в 60 градусов с осью в виде касательной к траектории в точке подрыва, что вполне естественно, т.к. при больших значениях угла расстояние до цели быстро растет (на 15% при угле разброса 60 градусов и почти на 50%, при угле 90 градусов), и, как следствие, быстро падает скорость и концентрация тушащего агента, после чего он легко уносится мощными восходящими потоками продуктов горения и не достигает цели, то в тушении пожара будет задействована только 1/6 часть тушащего агента (60x6=360 град. - вся сфера).
Задачей заявляемого технического решения является разработка более эффективного способа пожаротушения.
Решение задачи осуществляется путем оперативной доставки пожаротушащего средства (снаряда) к очагу пожара и применением пожаротушащего устройства, обеспечивающего направленный мощный импульсный выброс этого средства строго на цель, а также тем, что активизация средства происходит после получения сигнала снарядом, благодаря чему ОС может быть рассеяно как на заданной высоте над уровнем земли, так и с различными заданными задержками времени, благодаря чему ОС может быть рассеяно на различных высотах над уровнем земли.
Таким образом, заявляемый способ путем импульсного пожаротушения с направленным действием пожаротушащего агента по горящему объекту имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогичными ненаправленными устройствами, которые взрываются в воздухе над очагом или при контакте с очагом.
Задача достигается тем, что в заявляемом способе пожаротушения, в качестве пожаротушащего устройства, доставляемого к идентифицированному месту пожара, применяют настраиваемое устройство, содержащее ОС и снабженное системой его активации. Снаряд содержит цилиндрический корпус с баллистическим наконечником и хвостовой частью в виде обратного конуса. Хвостовая часть может быть снабжена переходником. Баллистический наконечник выполнен с возможностью сбрасывания при давлении. В хвостовой части установлены дистанционный взрыватель и вышибной заряд в виде навески дымного ружейного пороха или любого взрывчатого вещества. Внутри цилиндрического корпуса расположена гильза, заполненная ОС, с крышкой и дном и выполненная с возможностью продольного перемещения внутри корпуса. Дно гильзы упирается в пыж, за которым расположен вышибной заряд, а крышка гильзы контактирует с баллистическим наконечником и также выполнена с возможностью сбрасывания при давлении. Движение гильзы с ОС ограничено симметрично расположенными в поперечном сечении корпуса упорами, например, в виде винтов, вкручиваемых в резьбовые отверстия корпуса снаряда, с возможностью их установки на разном расстоянии от дна гильзы, чем достигается управление длиной свободного хода гильзы, а следовательно, и кинетической энергией импульсного выбрасывания ОС при ударном торможении дна гильзы об упоры. Способ осуществляют следующим образом.
Пожарный расчет наводит дальномер на цель и производит замер расстояния и высоты до него. Сверяясь с таблицей стрельбы, выставляет необходимое значение полетного времени на взрывателе, который установлен на огнетушащем снаряде. Снаряд заряжают, например, в РПГ-7В и осуществляют выстрел с помощью спускового крючка. При подлете снаряда к цели электрический ток от дистанционного взрывателя передается на запальную свечу, которая воспламеняет вышибной заряд. После воспламенения пороховой навески образуются пороховые газы, которые действуют на дно гильзы через пыж и приводят к одновременному сбросу наконечника и крышки. В это время гильза с ОС, получившая дополнительную скорость относительно корпуса от вышибного заряда, с силой ударяется об упоры, выбрасывая в виде факела ОС. Этим достигается полное импульсное опорожнение полости гильзы и придание всему огнетушащему составу дополнительной скорости строго в направлении цели, где он распыляется в форме конуса, чем обеспечивается необходимая плотность потока для преодоления восходящих потоков и сбивания пламени. Площадь накрытия пожара зависит от высоты вскрытия контейнера (см. таблицу). Моделирование показало, что направленный выброс на заданной высоте в секторе, определяемом углом в 60°, требует в 6 раз меньше снарядов, чем при взрывном ненаправленном метании ОС, для получения того же результата.
Заявленный огнетушащий снаряд может быть доставлен в зону пожара различными способами: ручным, механическим, пневматическим, гидравлическим, пиротехническим способом или способом сбрасывания или выстреливания сверху вниз, посредством метания с вертолета (в случае тушения лесных пожаров, разливов нефтепродуктов, высотных объектов), для чего необходимо демонтировать реактивный двигатель и установить посредством переходника стабилизирующее и крепежное устройства, или использованием многоствольных реактивных установок и беспилотных летательных аппаратов.
Способ может быть применен для борьбы с поверхностными пожарами путем залпового выброса множества снарядов, содержащих ОС, с помощью реактивных систем залпового огня, в результате чего образуется интенсивная подача ОС в виде мощных шквалов дисперсного потока определенной концентрации и кинетической энергии строго в направлении цели, площадь накрытия которой зависит от высоты вскрытия контейнера (см. таблицу). Распыляемое ОС может быть жидкого, порошкового, гелеобразного состояния. В качестве огнетушащего агента может быть использован любой, например, известно (http://studopedia.net/4_16214_ognegasyashchie-sredstva.html), что основными огнегасящими веществами являются вода, химическая и воздушно-механическая пены, водные растворы солей, инертные и негорючие газы, водяной пар, галоидоуглеводородные огнегасящие составы и сухие огнетушащие порошки, гелеобразного или газообразного состояния, или полученные генератором аэрозоля. Для увеличения огнетушащего воздействия ОС на находящиеся вблизи очага пожара предметы заменяют одно огнетушащее ОС другим.
Управление заявляемым способом осуществляется регулировкой длины разгонного участка гильзы перестановкой упоров по длине корпуса, изменением массы вышибного заряда, изменением массы ОС - изменением калибра и длиной контейнера с ОС, установкой времени срабатывания устройства. Эффективность способа увеличивается, если площадь целевого района разбивается на единичные сектора, определяемые площадью эллипса технического рассеивания снарядов при их стрельбе из отдельной установки для одновременного воздействия из разных пусковых установок на разных установках прицела, в результате чего повышается эффективность пожаротушения всего целевого района при уменьшении расхода снарядов.
Таким образом, заявляемый способ пожаротушения обеспечивает доставку пламегасящего агента до цели практически на 100% из-за отсутствия рассеивающего взрыва.