МОДУЛЬ ПОЖАРОТУШЕНИЯ ТОНКОРАСПЫЛЕННОЙ ОГНЕТУШАЩЕЙ ЖИДКОСТЬЮ
FIRE EXTINGUISHING FLUID FIRE EXTINGUISHING MODULE

Изобретение относится к области пожаротушения тонкораспыленной огнетушащей жидкостью, в частности к устройству модульного типа для локализации и тушения пожаров и загораний классов А и В на объектах различного назначения.
Согласно СП 5.13130 «установки пожаротушения тонкораспыленной водой (ТРВ) подразделяются на агрегатные и модульные и применяются для поверхностного и локального тушения по поверхности тушения очагов пожара классов А, В по ГОСТ 27331».
Известно большое количество модулей пожаротушения распыленной жидкостью (Патенты РФ: №2112572 МПК А62С 5/00, опубл. 1998 г., №2141369 МПК А62С 35/00, опубл. в 1999 г., №2293582 МПК А62С 35/00, опубл. 2006 г.). Известные модули содержат емкость с огнетушащей жидкостью, находящуюся под давлением сжатого газа, запорно-пусковое устройство, расположенную в емкости сифонную трубку и распылитель, который через трубопровод и через запорно-пусковое устройство соединен с сифонной трубкой.
Общим недостатком указанных модулей является необходимость постоянного контроля давления газа, а также наличие трубопровода к распылителю, что обуславливает значительные габариты устройства.
Известна полезная модель «Модуль тушения пожаров распыленной огнетушащей жидкостью» (Патент РФ №151421, МПК А62С 35/10, опубл. 2015 г.). Данный модуль включает емкость, узел инициирования с химическим генератором теплоты, в виде полиэтиленовой емкости с окисляемым составом и окислителем, которая прорывается под действием штока, а система подачи огнетушащего вещества состоит из крышки с нагревателем, разрушаемой мембраны, сифонной трубки и клапана разбрызгивателя.
Такой модуль отличается компактностью, но к недостаткам следует отнести необходимость поддержания работоспособности источника питания для нагревателя в крышке.
Известен «Модуль пожаротушения» (Патент РФ №2424839, кл. А62С 35/00, опубл. 27.07.2011). Известный модуль содержит заполненный огнетушащей жидкостью герметичный корпус, в верхней части корпуса установлена камера с газогенератором, в нижней части корпуса смонтирован выпускной насадок с диафрагмой. Выпускной насадок снабжен системой каналов, выполненных в боковой и торцевой его стенках. Каналы насадка снабжены распылителями, обеспечивающими распыление огнетушащего средства в виде тонкораспыленной воды или водных растворов. Модуль может быть дополнительно снабжен трубопроводами, установленными в каналах насадка, в этом случае распылители установлены на концах трубопроводов.
К недостаткам, препятствующим использованию известного модуля, относится неравномерное распределение жидкости по защищаемой поверхности.
Наличие системы каналов, выполненных в боковой и торцевой стенках выпускного насадка и снабженных на концах распылителями, обуславливает тушение преимущественно на локальных участках поверхности по направлению этих каналов, неравномерность распределения потока жидкости приводит к образованию «мертвых» зон.
Наиболее близким техническим решениям по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату, который выбран в качестве прототипа, является «Модуль пожаротушения» по патенту РФ №2424839 (фирменное название «ТРВ-Гарант», изделие производится по ТУ-4854-501-96450512-2010).
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по достижению равномерного по интенсивности распределения потока распыленной жидкости по всей защищаемой поверхности.
При использовании предлагаемого модуля обеспечивается достижение равномерного распределения огнетушащей жидкости по всей поверхности защищаемого объекта с отсутствием «мертвых зон». Эффективное тушение обуславливается совокупностью признаков, изложенных в формуле изобретения. При этом обеспечивается формирование мелкодисперсных капель и транспортировка их в зону тушения с возможностью преодоления конвективных потоков пламени.
Указанный технический результат достигается тем, что модуль пожаротушения тонкораспыленной огнетушащей жидкостью, включающий герметичный корпус, заполненный огнетушащей жидкостью с обеспечением свободного пространства над ее уровнем, в верхней части корпуса установлен газогенератор, соосно размещенный в стакане, между стенками газогенератора и стакана сформирована полость с обеспечением возможности сообщения между ней и пространством над уровнем жидкости в корпусе, в нижней части корпуса модуля смонтирован выпускной насадок цилиндрической формы, снабженный разрывной мембраной, а для тонкого распыления жидкости установлен распылитель, отличающийся тем, что распылитель выполнен в виде полого тела, установлен непосредственно на выпускном насадке, образуя его донную часть, где равномерно кольцевыми рядами выполнены парные каналы с обеспечением пересечения осей каждой пары каналов между собой вне распылителя на расстоянии 5-8 мм от наружной поверхности распылителя, ряды парных каналов выполнены по крайней мере на двух уровнях по высоте распылителя, биссектрисы углов между парными каналами нижнего уровня ориентированы относительно оси распылителя под углом 20-35 град, а верхнего уровня под углом 45-70 град, в направлении защищаемой поверхности, при этом соотношение длины канала распылителя и диаметра канала составляет 1:0,2-0,5.
Расположение парных каналов по крайней мере на двух уровнях по высоте распылителя, а также ориентирование биссектрисы углов между парными каналами в направлении защищаемой поверхности под определенным углом позволяет достичь равномерной и более высокой концентрации (плотности) распределения капель жидкости по всей поверхности в зоне очага возгорания.
В качестве огнетушащей жидкости могут применяться как вода, так и водные растворы, содержащие различные добавки, способствующие подавлению огня.
На внутренней поверхности модуля может быть выполнено защитное покрытие для обеспечения коррозионной стойкости при использовании агрессивных добавок.
Возможность расположения на нескольких уровнях соответствующих рядов парных каналов наиболее технологично может быть обеспечена выполнением согласованных по высоте кольцевых проточек на внутренней и наружной поверхностях распылителя.
Распылитель в виде полого тела может быть выполнен различной формы, например сферической или конической.
Конструкция предлагаемого модуля иллюстрируется чертежом. На фиг. 1 представлен общий вид (разрез) модуля пожаротушения тонкораспыленной жидкостью, на фиг. 2 изображен распылитель в виде полого тела (разрез), на фиг. 30 - вид снизу на распылитель. Модуль содержит: 1 - корпус герметичный, 2 - огнетушащая жидкость, 3 - свободное пространство над уровнем жидкости (2), 4 - газогенератор, коаксиально размещенный в стакане (5), между стенками газогенератора (4) и стакана (5) сформирована полость 6, которая сообщается со свободным пространством (2) посредством отверстий – 7 в стенке стакана (5). В нижней части корпуса (1) установлен выпускной насадок - 8, внутри которого находится разрывная мембрана - 9, с возможностью ее вскрытия по насечкам под действием давления. Непосредственно на выпускном насадке (8) установлен полый распылитель - 10 (например, конической формы, как на чертеже), и предназначен для тонкого распыления жидкости. Распылитель (10) образует донную часть цилиндрического насадка (8). На поверхности распылителя равномерно кольцевыми рядами выполнены парные каналы - 11, на нижнем уровне 6 пар, а на верхнем 12 пар. Оси этих каналов пересекаются на расстоянии 5-8 мм от наружной поверхности распылителя (10). Биссектрисы углов между парными каналами (11) нижнего уровня ориентированы относительно оси распылителя под углом = 20-35 град., а верхнего уровня под углом = 45-70 град, в направлении защищаемой поверхности. Соотношение длины и диаметра канала составляет 1:0,2-0,5. Отверстия (7) закрыты защитной лентой (на чертеже не указана).
По технологии изготовления для формирования каналов (11) предпочтительно выполнять согласованные по высоте кольцевые проточки                                                                                                                                          12 на внутренней и наружной поверхностях распылителя (10), образующих ступенчатую поверхность. Это позволяет достигать высокую точность расположения каналов (11).
Модуль пожаротушения тонкораспыленной жидкостью, представленный на чертеже, работает следующим образом.
При подаче импульса тока запускается газогенератор (4), происходит интенсивное газовыделение. Газ проходит по полости (6) стакана (5) к выполненным в стенке стакана отверстиям (7),при этом прорывается защитная лента отверстий (7) и газ попадает в свободное пространство (3) над уровнем жидкости (2). Работа газогенератора приводит к нарастанию давления в корпусе (1). Свободное пространство (3) над уровнем жидкости (2) накапливает кинетическую энергию в виде сжатого газа. По мере достижения заданного давления в корпусе (1) мембрана (9), калиброванная на разрушение при заданном давлении, разрушается по насечкам (отгибается в виде лепестков), и огнетушащий жидкий состав (2) подается в выпускной насадок (8). Далее огнетушащий состав попадает в каналы (11) распылителя (10), которые формируют пары пересекающихся струй, что обусловлено расположением каналов (11) кольцевыми рядами по поверхности распылителя (10). Струи пересекаются на расстоянии 5-8 мм от поверхности распылителя (10), что не позволяет распыленным каплям оседать на стенках распылителя. При соударении струй получается поток мелкодисперсных капель огнетушащей жидкости со средним размером капель 150 мкм, который благодаря угловому пересечению транспортируется далее, в защищаемую зону. Биссектрисы углов между парными каналами нижнего уровня, ориентированные относительно оси распылителя под углом α=20-35 град., а верхнего уровня под углом β=45-70 град, в направлении защищаемой поверхности, а также соотношение длины и диаметра канала в пределах 1:0,2-0,5 формируют диаграмму равномерного распыла огнетушащей жидкости на защищаемую площадь.
Предлагаемый модуль пожаротушения тонкораспыленной водой (жидкостью) предназначен для локализации и тушения пожаров и загораний классов А и В, при этом предусмотрены условия хранения и эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 40°С до плюс 95°С. Модуль относится к классу стационарных огнетушителей и не содержит озоноразрушающих веществ.
Технические требования и методы испытаний изложены в ГОСТ Р 53288-2009 «Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Модульные установки пожаротушения тонкораспыленной водой автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний».
Испытания проводились в соответствии с разделом 9 ГОСТ Р 53288-2009 (в частности, по пп. 9.3, 9.8, 9.9, 9.10, 9.12 и 9.13).
Были проведены испытания заявленного модуля (на базе МПП «Буран-15») с распылителем, установленным непосредственно на выпускном насадке. Конструкция модуля при испытаниях соответствовала устройству, представленному на иллюстрирующих чертежах. При этом пересечение осей каждой пары каналов между собой вне распылителя на расстоянии 5, 7 и 8 мм, а также за пределами заявленного (4 и 9 мм) от наружной поверхности распылителя. Соотношение длины и диаметра канала составляло 1:0,2(0,4 и 0,5), а также за пределами заявленного (0,1 и 0,6). Биссектрисы углов между парными каналами нижнего уровня были ориентированы относительно оси распылителя под углом α=20-35 град., а верхнего уровня под углом β=45-70 град, в направлении защищаемой поверхности (пределы по формуле изобретения). А также варьировалось ориентирование биссектрис углов (меньше и больше указанных величин).
По результатам испытаний предлагаемого модуля зафиксировано следующее:
- объем огнетушащего раствора (ОТВ) - 13 л;
- продолжительность подачи огнетушащего раствора - не более 3 с;
- огнетушащая способность при тушении очагов класса А и В определялась защищаемой площадью и составила 19-19,6 кв. м;
- температурные условия - от минус 40°С до плюс 95°С;
- давление вскрытия мембраны - 1,5 МПа;
- вероятность безотказной работы - не менее 0,95.
Также были проведены испытания модуля-прототипа.
В качестве прототипа испытан модуль пожаротушения тонкораспыленной водой «ТРВ-Гарант» (ТУ-4854-501-96450512-2010). Согласно паспортным данным:
- объем огнетушащего раствора (ОТВ) - 14,5 л;
- время подачи ОТВ - не более 5 с;
- огнетушащая способность при тушении определяется площадью очагов пожара классов А - не более 22 кв. м, а для очагов классов В - не более 12 кв. м;
- температурные условия - от плюс 5°С до плюс 50°С;
- давление вскрытия мембранного клапана - 2,0 МПа;
- ресурс срабатывания (раз) - не менее 5.
Испытания на огнетушащую способность (п. 9.13 ГОСТ Р 53288-2009) проводились в одинаковых условиях на закрытом полигоне при стандартных схемах размещения очагов класса А и класса В.
Испытания предлагаемого устройства с совокупностью признаков, изложенных в формуле изобретения. Высота установки модуля 3,5 м, очаги класса В (9 шт.) на диаметре 5 м и очаги класса А также 9 шт. на диаметре 5 м. Испытания проведены на 12 модулях при варьировании количественных признаков (парные каналы выполнены на двух уровнях, расстояние от внешней поверхности распылителя до пересечения пары каналов 5-8 мм, ориентирование биссектрис относительно оси распылителя под определенным углом и соотношение длины и диаметра канала 1:(0,2-0,5)). Результаты испытаний: все очаги потушены, при этом было обеспечено равномерное по интенсивности распределение потока ОТВ по всей защищаемой площади.
Также были испытаны 8 модулей с количественными параметрами, выходившими за пределы заявленных в формуле изобретения:
- расстояние от внешней поверхности распылителя до пересечения осей каналов (место соударения струй). В формуле указан оптимальный размер, который не позволяет оседать мелким каплям, получившимся в результате соударения струй, на стенках распылителя (это потери ОТВ), что и происходит при уменьшении заявленного расстояния. Увеличение этого расстояния ослабляет силу соударения струй и не позволяет формировать необходимый равномерный воздушно-капельный поток;
- соотношения длины и диаметра канала распылителя, указанные в формуле, являются оптимальными и обеспечивают качественное распыление ОТВ, а в сочетании с кольцевыми рядами каналов формируют диаграмму равномерного распыла огнетушащей жидкости на защищаемую площадь. При соотношении параметра менее заявленного (1:0,1) наблюдается нарушение целостности струи, что приводит к некачественному дроблению струи при соударении. Увеличение соотношения до 1:0,6 потребует повышения давления в модуле при неоправданном повышении трудоемкости изготовления тонких каналов на большую глубину;
- выполнение парных каналов по крайней мере на двух уровнях по высоте распылителя и ориентирование биссектрис относительно оси распылителя под определенным углом обеспечивает оптимальную концентрацию ОТВ как в центре, так и на периферии защищаемой площади, и приводит к полному тушению всех очагов по схеме испытаний. Экспериментально было доказано, что изменение величин углов при ориентировании биссектрис относительно оси модуля от заявленных не обеспечивало тушение всех очагов (оставались непотушенными от 1 до 3 очагов в центре и/или на периферии).
Режим испытаний модуля по прототипу соответствовал паспортным данным на это изделие. Очаги класса В (9 шт.) квадрат 3,46×3,46 (по паспорту) - потушен 1 центральный очаг. Очаги класса А в количестве 9 шт. (квадрат 4,69×4,69 по паспорту) - потушено 6 очагов.
Модуль по прототипу обеспечивает полный и стабильный выброс ОТВ и сохранение интенсивности струи до конца работы модуля.
Результаты недостаточной эффективности тушения устройства по прототипу могут быть объяснены тем, что тушение обеспечивается не по всей площади, а только в локальных зонах по направлению трубчатых каналов, снабженных распылителями. Наиболее эффективное тушение осуществляется в центральных точках (непосредственно под модулем). В результате появляются «мертвые зоны», куда ОТВ не попадает или попадает в недостаточном для тушения количестве.
Таким образом, испытания подтверждают, что предлагаемое изобретение направлено на решение поставленной задачи по эффективному тушению путем равномерного орошения защищаемой площади при оптимальной концентрации ОТВ. Достижение указанного технического результата обеспечивается использованием всей совокупностью признаков. Размещение распылителя непосредственно на выпускном насадке позволяет при меньшем внутреннем давлении обеспечить качественное формирование струй ОТВ, а равномерно распределенные по поверхности распылителя парные каналы с пересекающимися осями и ориентированными биссектрисами парных углов позволяют скомбинировать равномерный по интенсивности поток ОТВ с отсутствием «мертвых зон».