Устройство для объемного аэрозольного пожаротушения
DEVICE FOR VOLUMETRIC AEROSOL FIRE EXTINGUISHING

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к устройствам для объемного аэрозольного пожаротушения, обеспечивающим подавление возгорания за счет воздействия на очаг аэрозольной среды, образующейся при сжигании твердого заряда аэрозолеобразующего состава (АОС).
Известно устройство для тушения пожаров (патент RU 2116090 C1, опубл. 27.07.1998), которое содержит термозащищенный корпус, средство инициирования и аксиально последовательно расположенные пиротехнический заряд, камеру сгорания, цилиндр охлаждения внутри камеры сгорания, заполненный газопроницаемым абляционным слоем и закрытый крышкой в виде усеченного конуса с распределенными на ее боковой поверхности выходными отверстиями для формирования струйного истечения потока аэрозоля.
Недостатком известного устройства является то, что при прохождении через слой охладителя часть активных конденсированных частиц аэрозоля оседают на поверхности слоя охладителя и, соответственно, не попадают в защищаемый объем, что приводит к снижению огнетушащей способности генератора.
Известно также устройство пожаротушения высокоэффективным огнетушащим аэрозолем (CN 107519602 A, 29.12.2017), которое включает: оболочку, разделенную на верхнюю и нижнюю части, теплоизоляционную вставку, узел запуска, аэрозолеобразующий заряд, блок с композитным материалом, содержащим керамическое волокно и охлаждающий агент, сетчатый экран, вставку с каналами для струй, герметизирующие пленки, одна из которых наклеена на вставку, а другая наклеена на нижнюю поверхность верхней крышки, блок с охлаждающим сверхмелкозернистым порошком, и верхнюю крышку с соплами Лаваля.
Известное устройство имеет такой же существенный недостаток, как и устройство по патенту RU 2116090 C1, причем оно содержит два блока с охладителем, наличие которых приводит к снижению огнетушащей способности устройства, один блок включает композитный материал, содержащий керамическое волокно и охлаждающий агент для снижения температуры струй аэрозоля, а другой - охлаждающий сверхмелкозернистый порошок.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является решение по патенту RU 2683363 C1, опубл. 28.03.2019, в котором раскрыто устройство для объемного аэрозольного пожаротушения, содержащее термозащищенный корпус, узел электрического запуска, аэрозолеобразующий заряд, выполненный в виде бесканальной шашки и закрепленный в корпусе, внутри корпуса сформирована камера сгорания, корпус снабжен днищем и сопловой крышкой, выполненной в виде усеченного конуса с отбортовкой и с сопловыми отверстиями, распределенными по боковой поверхности крышки. Узел запуска выполнен в сопловой крышке, сопловая крышка в форме усеченного конуса выполнена с углом наклона боковой поверхности от 10 до 15 градусов. В центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища выполнена полость в виде диска, заполненная веществом, разлагающимся с поглощением тепла и образованием продуктов, не поддерживающих горение, полость изолирована с открытой стороны негорючим материалом. Заряд выполнен из состава с отрицательным кислородным балансом, заряд закреплен в корпусе со стороны боковой поверхности и со стороны днища защитно-крепящим слоем, а камера сгорания сформирована со стороны крышки, устройство дополнительно снабжено эжектирующей насадкой, закрепленной на корпусе со стороны сопловой крышки. Известное устройство обеспечивает высокую огнетушащую способность при сохранении приемлемого температурного уровня аэрозольной струи.
Для защиты помещений с большими объемами требуется увеличение габаритов используемого устройства аэрозольного пожаротушения, что в известных конструкциях может привести к отрицательному явлению - догоранию газов, истекающих из сопел устройства на завершающем этапе его работы.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в исключении вышеуказанных недостатков и создании нового устройства объемного аэрозольного пожаротушения с высокой огнетушащей способностью.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении возможностей его использования, в частности, для противопожарной защиты в помещениях с различными, в том числе большими объемами.
Для решения задачи и достижения технического результата предлагается устройство для объемного аэрозольного пожаротушения, которое содержит корпус, снабженный днищем и сопловой крышкой,  аэрозолеобразующий заряд, выполненный в виде бесканальной шашки и закрепленный внутри корпуса защитно-крепящим слоем со стороны боковой поверхности, камеру догорания, сформированную внутри корпуса, узел запуска, установленный в крышке, и соединенную с корпусом эжектирующую насадку. При этом в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища выполнена полость, заполненная пламегасящим составом. Сопловая крышка снабжена соплами с критическим сечением и тепловой защитой с внутренней стороны. Причем сопла выполнены таким образом, что проходят через крышку с тепловой защитой и выступают наружу от внешней поверхности крышки.
В качестве защитно-крепящего слоя используют смесь кремнийорганического компаунда с катализатором холодного отверждения и минеральным наполнителем.
Шашка выполнена из состава с отрицательным кислородным балансом, а в качестве пламегасящего состава используют кислый углекислый калий или азосоединения, или сульфонилгидразины, или нитроазосоединения, или азиды кислот, или другие эндотермические соединения, выделяющие при разложении пары воды и другие негорючие газы.
Полость  в заряде со стороны днища выполнена цилиндрической или конической.
В предлагаемой конструкции обеспечено струйное истечение аэрозоля, при котором отдельные струи не сливаются между собой и не пересекаются с внутренней поверхностью эжектирующей насадки, что обеспечивает отсутствие потерь аэрозоля на элементах конструкции устройства, а также сохранение температуры на выходе из генератора на приемлемом уровне.
Конструктивные особенности предлагаемого устройства иллюстрируются чертежом.
На фигуре представлен общий вид устройства в разрезе.
Устройство содержит корпус 1, снабженный днищем 2 и сопловой крышкой 3, аэрозолеобразующий заряд 4, выполненный в виде бесканальной шашки и закрепленный внутри корпуса защитно-крепящим слоем 5 со стороны боковой поверхности (этот слой удерживает заряд в корпусе и обеспечивает горение заряда только с одного торца - со стороны сопловой крышки), камеру догорания 6, сформированную внутри корпуса 1, узел запуска 7, установленный в крышке 3, и соединенную с корпусом эжектирующую насадку 8. Камера догорания 6 сформирована между крышкой 3 и зарядом 4. При этом в центральной части торцевой поверхности заряда 4 со стороны днища 2 выполнена полость 9, заполненная пламегасящим составом, т.е. веществом, разлагающимся с поглощением тепла и образованием продуктов, не поддерживающих горение. Полость 9 может быть изолирована негорючим материалом. Сопловая крышка 3 с внутренней стороны снабжена тепловой защитой 10 и соплами 11 с критическим сечением. Сопла 11 выполнены таким образом, что проходят через крышку 3 с тепловой защитой 10 и выступают наружу от внешней поверхности крышки 3 с целью отдаления высокотемпературных областей аэрозольного потока от крышки 3 и снижения уровня ее нагрева. Каждое сопло 11 имеет канал с критическим (наименьшим) сечением, выполненным, например, в выходной части сопла. Длина участка сопла с наименьшим сечением может быть равной приблизительно 0,5d, где d - диаметр критического сечения. Диаметр критического сечения сопла определяет длину начальной высокотемпературной области аэрозольной струи и его наибольший размер не должен превышать 10…15 мм. Количество сопел определяется в зависимости от необходимой для обеспечения работы устройства общей площади критических сечений и конструктивно-технологических соображений при компоновке генератора. Крепление крышки 3 к корпусу обеспечивается резьбовым соединением, либо отгибаемыми элементами, либо применением разжимных стопорных колец или заклепок.
Тепловая защита 10 крышки 3 может быть выполнена из любого негорючего и стойкого до температур порядка 1000°С теплоизоляционного материала, например, из таблетированного охладителя (на базе основного карбоната магния), который может удерживаться колпаком 12 из стального листа, соединенным с крышкой, или любым другим известным способом.
Установка и крепление устройства может осуществляться с помощью кронштейна 13. Металлическое кольцо 14 дополнительно обеспечивает тепловую защиту стенки корпуса в зоне камеры догорания.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Узел запуска 7 срабатывает автоматически от системы противопожарной защиты или приводится в действие вручную. Поджигается заряд 4, размещенный в корпусе 1. Торцевое горение заряда 4 проходит в направлении от крышки 3 к днищу 2. При окончании работы генератора вскрывается полость 9, и в реакцию вступает вещество, которое разлагается с поглощением тепла и образует продукты, не поддерживающие горение, за счет чего процесс догорания недоокисленных продуктов, образующихся при применении рецептур АОС с отрицательным кислородным балансом, после окончания работы ГОА исключается. Течение продуктов сгорания происходит в направлении от горящего торца заряда 4 через камеру догорания 6 к соплам 11. Образовавшиеся при сгорании заряда 4 продукты истекают через сопла 11 в защищаемый объем. При предлагаемом исполнении сопел струи аэрозоля не пересекаются между собой, каждая из них сохраняет свои характеристики, в том числе, малую длину высокотемпературного начального участка. Отдаление выходных сечений сопел от поверхности крышки в совокупности с тепловой защитой 10 предотвращает ее нагрев и деформацию.
Струи аэрозоля, проходя через цилиндрическую эжектирующую насадку 8, охлаждаются, смешиваются с поступающим снаружи воздухом и поступают в защищаемый объем, подавляя очаг пожара.
Для проверки работоспособности и достижения указанного технического результата были проведены испытания образцов предлагаемого устройства. Результаты приведены в примерах.
Пример 1
3
В испытываемом устройстве использовали аэрозолеобразующий заряд из состава с отрицательным кислородным балансом (состав КЭП), содержащего (% мас.): нитрат калия 70,4, дициандиамид - 16,5, эпоксидная смола 5,2, идитол - 6,5, технологические добавки - 1,4. В качестве пламегасящего состава, расположенного в полости, выполненной в центральной части торцевой поверхности заряда со стороны днища, использовали кислый углекислый калий, разлагающийся с поглощением тепла и образованием продуктов, не поддерживающих горение. Защитно-крепящий слой выполняли из смеси креймнийорганического компаунда с катализатором холодного отверждения и минеральным наполнителем дисперсностью ≤ 0,6 мм. Заливку защитно-крепящего слоя осуществляли непосредственно в корпус с установленным зарядом. Испытание произведено по стандарту ISO 15779, модельный очаг пожара представляет собой квадратный стальной поддон размером 500×500 мм, заполненный н-гептаном. Испытывали устройство согласно изобретению для защиты условно-герметичного помещения объемом 125 м. Масса его топливного заряда составляла 5 кг, диаметр корпуса - 173 мм. Время работы 130±4 с. Модельный очаг пожара успешно потушен. Догорание газов при останове устройства отсутствует.
Пример 2
3
В испытываемом устройстве использовали аэрозолеобразующий заряд и защитно-крепящий слой как в примере 1. Испытание произведено по стандарту ISO 15779, модельными очагами пожара являлись 5 цилиндрических толстостенных емкостей внутренним диаметром 80 мм, заполненных н-гептаном и установленных в помещении. Испытывали устройство соответствующее изобретению для защиты условно-герметичного помещения объемом 10 м, масса топливного заряда составляла 0,4 кг, диаметр корпуса генератора - 101 мм. Время работы 46±4с. Модельные очаги пожара успешно потушены. Догорание газов при останове устройства отсутствует.
Как показывают результаты испытаний, предлагаемая конструкция обеспечивает стабильную работу устройства в защищаемых помещениях различных, в том числе больших, объемов без догорания газов, истекающих из сопел устройства на завершающем этапе его работы.