КОМБИНИРОВАННЫЙ ПЕННО-ВОДЯНОЙ СПРИНКЛЕРНЫЙ ОРОСИТЕЛЬ
COMBINED FOAM-WATER SPRINKLER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к используемому для борьбы с пожарами спринклерному оросителю, содержащему сепаратор для приготовления огнетушащей пены из огнетушащей текучей среды (например, воды), содержащей пенообразователь.
Уровень техники
Пена для тушения пожаров состоит по существу из воздуха, воды и пенообразователя, содержащего поверхностно-активное вещество. Можно провести классификацию по критерию наличия содержащего поверхностно-активное вещество пенообразователя, выделив среди видов огнетушащей пены пены, содержащие фторированное поверхностно-активное вещество (пенное огнетушащее вещество типа "AFFF", или "A3F"), и пены, не содержащие фторированного поверхностно-активного вещества. Ниже вкратце описаны отличающиеся принципы действия этих огнетушащих пен.
При использовани пенообразователей типа AFFF фторированные поверхностно-активные вещества из-за своей химической структуры, отличной от таковой у традиционных углеводородных поверхностно-активных веществ, становятся причиной образования между горящей поверхностью и пеной паронепроницаемой водной пленки жидкости, обычно толщиной 10-30 мкм. Эта обусловленная наличием фторированного поверхностно-активного вещества водная пленка действует как барьер против выхода испарений горящего материала и блокирует повторное воспламенение. Благодаря этим свойствам пенообразователи типа AFFF также называют "пленкообразующими пенами", что нашло отражение в их англоязычной аббревиатуре "AFFF" или "A3F" (от англ. "Aqeous Film Forming Foam", что дословно можно перевести как "образующая водную пленку пена"). Еще одно существенное, сопутствующее образованию пленки преимущество состоит в том, что оседающий на пленку слой пены не должен выполнять экстраординарную барьерную функцию, т.е. нет необходимости в том, чтобы огнетушащая пена обладала вообще какой-либо кратностью пены или достаточно наличия у нее только малой кратности пены. Поэтому на практике достаточна эффективная борьба с пожарами с использованием пенообразователей типа AFFF с кратностью пены менее 4, обычно между 1,5 и 3,0, поскольку главный эффект тушения обязан своим возникновением присутствию на горящей поверхности непроницаемой для газа жидкостной пленки, обусловленной наличием фторированного поверхностно-активного вещества. Эти названные выше малые кратности пены достигаются при использовании традиционного спринклерного оросителя, рассчитанного для эксплуатации с водой или пенными огнетушащими веществами типа AFFF. Однако более высокие значения кратности пены эти традиционные спринклерные оросители в силу их конструкции выдавать не могут. Тогда для получения таких кратностей необходимо прибегнуть к использованию затратного с технической точки зрения специального спринклерного оросителя, например, работающего с пеной низкой кратности спринклерного оросителя, конструкция которого раскрыта в документе DE 19539991 С1. Такие оросители примерно на 40-70% дороже и значительно сложнее по конструкции, чем традиционные спринклерные оросители.
Такого типа спринклерные оросители, работающие с пеной низкой кратности, в частности, устанавливают там, где огнетушащие пены типа AFFF нельзя использовать из-за вредных свойств компонентов фторированных поверхностно-активных веществ (они стойкие, биоаккумулирующие, токсичные) или же при назревшей необходимости переоборудования традиционных спринклерных оросителей, ранее работавших с использованием огнетушащей пены типа AFFF, в спринклерные оросители для пены низкой кратности, вследствие запрета фторированных поверхностно-активных веществ. Для ознакомления с этим вопросом - см., например, ограничения применения, изложенные в директиве 2006/122/EG. Поскольку при использовании не содержащей фторированных поверхностно-активных веществ огнетушащей пены за неимением у нее фторированных поверхностно-активных веществ пленочный барьер отсутствует, требуемую барьерную функцию выполняет по существу только пенный слой. Однако это эффективно только начиная с кратности пены 4, начиная с которой принято говорить о пене низкой кратности и требуется использование специального вышеназванного спринклерного оросителя, работающего с пеной низкой кратности.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в нахождении наиболее простого решения проиллюстрированного выше противоречия целей, сводящегося к тому, что, с одной стороны, желательно отказаться от фторированных поверхностно-активных веществ в составе огнетушащего вещества (ОТВ), а с другой стороны, желательно избежать применения традиционного спринклерного оросителя с недостаточной кратностью пены или его переоборудования в технически более затратный спринклерный ороситель с пеной низкой кратности, и предпочтительно пойдя по пути "универсального решения" для традиционного спринклерного оросителя со значениями кратности пены менее 4, что открывает возможность избежать замены традиционного спринклерного оросителя более дорогим спринклерным оросителем для пены низкой кратности (включая затраты на монтаж и демонтаж и связанные с этим проверки на герметичность). При этом решение предпочтительно должно быть применимо на практике как для содержащих фторированное поверхностно-активное вещество огнетушащих веществ, так и для не имеющих фторированных поверхностно-активных веществ. Последнее утверждение означает еще и то, что этот спринклерный ороситель также можно по назначению использовать в будущем, прежде всего, на фоне грозящего полного запрета пенных огнетушащих веществ, содержащих фторированное поверхностно-активное вещество.
Поставленная задача решается сепаратором, служащим дополнением к вышеназванному традиционному спринклерному оросителю, с признаками, изложенными в одном из независимых пунктов формулы изобретения, позволяющим простым образом переоборудовать традиционные спринклерные оросители с недостаточной кратностью пены, обычно менее 4, в спринклерные оросители, работающие с пеной низкой кратности. В зависимых пунктах формулы изобретения приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения. Ниже приведено более подробное описание заявляемого решения.
1
1
2
1
2
1
1
1
Предлагаемый в изобретении сепаратор представляет собой добавочную деталь для традиционного спринклерного оросителя и служит для генерирования огнетушащей пены из огнетушащей текучей среды, содержащей пенообразователь. Традиционный спринклерный ороситель содержит выходное отверстие для огнетушащей текучей среды, распылительную тарель, противоположную в осевом направлении этому выходному отверстию и разбрызгивает или распыляет огнетушащую текучую среду посредством распылительной тарели с кратностью пены, которая без предлагаемого в изобретении сепаратора находится значительно ниже характерных для пены низкой кратности (начинающейся со значения кратности 4). В качестве примеров зонтичного спринклерного оросителя этой конструкции можно привести зонтичный спринклерный ороситель модели V2704 (К-фактор 80) производства фирмы "Victaulic" и выпускаемый фирмой "Tyco" зонтичный спринклерный ороситель модели ТУЗ 15 (К-фактор 80). У спринклерных оросителей этой традиционной конструкции можно определить образованный между базовой поверхностью (G) распылительной тарели и выходным отверстием для огнетушащей текучей среды цилиндрический промежуток, диаметр которого соответствует наружному диаметру (d) распылительной тарели, а его высота (h), отсчитываемая от центра базовой поверхности (G), соответствует расстоянию до выходного отверстия для огнетушащей текучей среды. Согласно изобретению предусмотренный для спринклерного оросителя этой конструкции сепаратор имеет ситообразующие отверстия диаметром 1,00-7,00 мм и/или решеткообразующие отверстия шириной 1,00-7,00 мм и длиной 2,00-9,00 мм, предпочтительно образованные цельнорешетчатой металлической сеткой. Сочетание этих отверстий и особо подобранных размеров позволяет реструктурировать поток огнетушащей текучей среды, проходящий через сепаратор, с преобразованием его в пену низкой кратности. В качестве цельнорешетчатой металлической сетки особенно подходит тянутый цельнорешетчатый металл (не зачищенный от заусенцев), поскольку острые кромки материала порождают особенно доброкачественное вспенивание. Согласованные к тому же со спринклерным оросителем размеры позволяют предлагаемому в изобретении сепаратору заключать внутри себя вышеупомянутый промежуток оросителя, при этом высота (h) сепаратора составляет по меньшей мере 0,20 от величины наружного диаметра (d) распылительной тарели. Кроме того, внутренний диаметр (d) сепаратора (в случае его конструкции с некруглым поперечным сечением это был бы не диаметр, а иной вид размера, выражающий минимальный интервал между противоположными внутренними сторонами сепаратора) на высоте распылительной тарели в смонтированном состоянии соответствует по меньшей мере наружному диаметру (d) распылительной тарели. Если предлагаемый в изобретении сепаратор своей внутренней стороной не прилегает в радиальном направлении непосредственно к распылительной тарели, т.е. в качестве характеристики промежутка между ними можно определить размер (b) в свету, то согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения этот круговой размер в свету между внутренней стороной сепаратора (1) и распылительной тарелью (4) на высоте распылительной тарели находится в соотношении 0,10-3,00 с наружным диаметром (d) распылительной тарели (4), а предпочтительно их соотношение составляет 0,50-2,00, более предпочтительно - 0,75-1,50, а еще более предпочтительно - 1,00-1,25. В ходе работы над изобретением его авторами было установлено, что радиальное расстояние между сепаратором и распылительной тарелью имеет непосредственное влияние на кратность пены, а потому его варьирование может дать преимущества. Сравнительные опыты показали, что с возрастанием расстояния кратность пены увеличивается. При этом особенно предпочтительным является расстояние, составляющее 0,75-1,50 от значения наружного диаметра (d) распылительной тарели. При таком интервале проявляются особенно предпочтительные значения кратности пены 4-7 и пена все еще достаточно однородна, в отличие от пены с более высокими кратностями, обусловленными большим расстоянием.
2
1
1
1
2
1
Предпочтительно, чтобы предлагаемый в изобретении сепаратор имел высоту, дающую возможность пропускания через него большой части огнетушащей текучей среды, изменившей направление своего движения под воздействием распылительной тарели. Предпочтительно, чтобы эта высота (h) сепаратора равнялась по меньшей мере 0,50 от величины наружного диаметра (d) распылительной тарели, предпочтительно составляла 0,75 от него, а еще более предпочтительно была равна ему и могла соответствовать, например, высоте (h) оконтуренного спринклерным оросителем промежутка. Взяв в качестве мерила высоту (h) оконтуренного спринклерным оросителем промежутка, можно через нее выразить высоту (h) сепаратора согласно предпочтительному варианту выполнения таким образом, что она равна высоте (h) этого промежутка, предпочтительно составляет менее 0,75 от нее, а еще более предпочтительно - менее 0,50 от нее.
1
Предлагаемый в изобретении сепаратор может иметь любую подходящую форму, например, форму полого цилиндра, полого конуса, усеченного полого конуса, полой пирамиды, полого шара или их комбинации, при этом наиболее предпочтительной формой является полый цилиндр. Кроме того, за пределами своей области, внутри которой заключен промежуток, сепаратор может проходить с сужением в осевом направлении и, например, оканчиваться отверстием с внутренним диаметром, превышающим наружный диаметр (d) распылительной тарели. Последнее, в частности, является преимуществом в плане обеспечения возможности беспрепятственного выпадения из спринклерного оросителя мелких деталей, принадлежащих обычно используемым запускающим элементам (гидравлический разрывной элемент, плавкая перемычка и тому подобные звенья), которые, в противном случае, окажись они захвачены в сепараторе, могли бы воспрепятствовать выполнению ситообразующими отверстиями или решеткообразующими отверстиями назначенной им функции в качестве пенообразующих элементов. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом выполнения сепаратор выполнен в форме полого цилиндра, у которого обращенный к выходному отверстию для огнетушащей текучей среды (верхний) конец открыт по всей определяемой диаметром площади, в то время как противоположный конец на высоте распылительной тарели сужается в осевом направлении и оканчивается отверстием ниже распылительной тарели.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения решеткообразующие отверстия сепаратора имеют ширину в диапазоне 2,00-6,00 мм и длину в диапазоне 3,00-8,00 мм, предпочтительно ширину в диапазоне 2,50-4,50 мм и длину в диапазоне 5,00-7,00 мм. Кроме того, предпочтительно, чтобы решетка сепаратора могла представлять собой цельнорешетчатую металлическую сетку с шириной ячейки 2,50-4,50 мм, длиной ячейки 5,00-7,00 мм и толщиной 0,40-0,80 мм, предпочтительные же ее размеры: ширина ячейки 3,50 мм, длина ячейки 6,00 мм и толщина 0,60 мм. В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения сепаратор имеет ситообразующие отверстия диаметром 1,50-2,50 мм, предпочтительно 1,75-2,25 мм, особенно предпочтительно - 2,00 мм. Предпочтительно, чтобы сепаратор был изготовлен из металла, например, из стали, а особенно предпочтительно - из высококачественной стали (например, высококачественной стали марки V2A).
Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения сепаратор имеет держатель для крепления сепаратора на спринклерном оросителе. Этот держатель может быть выполнен, например, в виде удерживающих плечиков, соединяющих сепаратор со спринклерным оросителем, скрепляя его либо с основанием спринклерного оросителя в области выходного отверстия для огнетушащей текучей среды на корпусе спринклерного оросителя, либо крепя его на присоединительной резьбе, расположенной над указанным основанием, например, при помощи нескольких (например, 2, 3, 4, 5 или 6) зажимных лапок. Для обеспечения возможности простоты позиционирования сепаратора по отношению к спринклерному оросителю, в зависимости от спринклерного оросителя и условий монтажа, удерживающие плечики, соответственно, зажимные лапки, для облегчения укорачивания могут быть снабжены заданными местами разрушения. Для надежного удержания удерживающих плечиков, соответственно зажимных лапок на спринклерном оросителе их можно дополнительно фиксировать с помощью предохранительного элемента, в качестве которого может выступать, например, бандажный элемент (кабельная стяжка (ленточный хомут), металлическая лента или подобные элементы), радиально обхватывающий удерживающие плечики или зажимные лапки.
Как упомянуто выше, предлагаемый в изобретении сепаратор, в частности, подходит для традиционных зонтичных спринклерных оросителей, которые для достижения более высоких значений кратности пены могут быть модернизированы или дооборудованы с помощью сепаратора. Это справедливо, прежде всего, для огнетушащих текучих сред, имеющих в своем составе пенообразователь и не содержащих фторированного поверхностно-активного вещества, у которых особенно ярко проявляется даваемое наличием сепаратора преимущество. В этих традиционных спринклерных оросителях с предлагаемым в изобретении сепаратором предпочтительно можно генерировать огнетушащую пену с кратностью 3-9, предпочтительно 4-8, более предпочтительно 4,5-7, а особенно предпочтительно 5-6.
Еще одним объектом изобретения является набор или конструктивный узел, содержащий наряду со спринклерным оросителем вышеописанный предлагаемый в изобретении сепаратор. Сам спринклерный ороситель известен из уровня техники и имеет выходное отверстие для огнетушащей текучей среды и распылительную тарель, противоположную в осевом направлении этому выходному отверстию, как выше уже более подробно описано в части описания, посвященной сепаратору. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения набор или конструктивный узел скомпонован таким образом, что сепаратор заключает внутри себя промежуток, образованный по контуру базовой поверхности (G) распылительной тарели, так что базовая поверхность (G) распылительной тарели располагается на одной линии с нижней стороной сепаратора, противоположной выходному отверстию для огнетушащей текучей среды.
Еще одним объектом изобретения является применение вышеописанных предлагаемых в изобретении сепаратора, набора или конструктивного узла для генерирования огнетушащей пены из огнетушащей текучей среды, содержащей пенообразователь. Еще одним объектом изобретения является способ генерирования огнетушащей пены из содержащей пенообразователь огнетушащей текучей среды, включающий обеспечение содержащей пенообразователь огнетушащей текучей среды и охарактеризованный выше конструктивный узел, а также пропускание через предлагаемый в изобретении сепаратор огнетушащей текучей среды, истекшей из выходного отверстия для огнетушащей текучей среды и изменившей направление своего движения под воздействием распылительной тарели, при этом огнетушащая пена возникает из огнетушащей текучей среды в процессе ее прохождения через сепаратор.
Ниже при помощи примера и прилагаемых чертежей приведено более подробное описание настоящего изобретения.
Пример 1
В ходе серии испытаний были исследованы описанные ниже спринклерные оросители без (образец А) предлагаемого в изобретении сепаратора и оснащенные им (образцы В, С, D), а также взятый за эталон спринклерный ороситель (Е), работающий с пеной низкой кратности, и проведены замеры вспенивания в соответствии с методикой, изложенной в немецком национальном стандарте DIN EN 1568. Испытание было проделано с тремя различными огнетушащими текучими средами, не содержащими фторированного поверхностно-активного вещества, перечисленными в нижеприведенной таблице, при различных значениях давления (1 бар, 2 бара и 3 бара). Поскольку никаких значительных отличий при различных выбранных для исследования давлениях не выявлено, в нижеприведенной таблице даны измеренные значения кратности пены при давлении величиной 2 бар.
А - зонтичный спринклерный ороситель (стоячий) производства фирмы "Tyco", модель TY315 (К-фактор 80) без сепаратора (эталонный образец); В - зонтичный спринклерный ороситель (стоячий) производства фирмы "Victaulic", модель V2704 (К-фактор 80), оснащенный предлагаемым в изобретении кольцевым сепаратором, непосредственно прилегающим к наружной кромке распылительной тарели и изготовленным из тянутого цельнорешетчатого металла, а именно высококачественной стали марки V2A, с шириной ячейки 3,5 мм, длиной ячейки 6 мм и толщиной листа 0,6 мм; С - зонтичный спринклерный ороситель (стоячий) производства фирмы "Victaulic", модель V2704 (К-фактор 80), оснащенный предлагаемым в изобретении кольцевым сепаратором, с круговым размером в свету величиной 4 см до наружной кромки распылительной тарели, изготовленный из тянутого цельнорешетчатого металла, а именно высококачественной стали марки V2A, с шириной ячейки 3,5 мм, длиной ячейки 6 мм и толщиной листа 0,6 мм; D - зонтичный спринклерный ороситель (висячий) производства фирмы "Jomos" (К-фактор 80) с предлагаемым в изобретении сепаратором в форме сита, изготовленным из высококачественной стали марки V2A, имеющим диаметр ситообразующих отверстий величиной 2 мм и отстоящим от наружной кромки распылительной тарели на высоте нахождения распылительной тарели с круговым зазором величиной 3,5 см;
Е - спринклерный ороситель (висячий) для приготовления пены низкой кратности производства фирмы "Minimax", модель МХ5 (К-фактор 80), аналогичный описанному в документе DE 19539991 С1 и имеющий ряд принципиальных технических отличий от предлагаемой в настоящем изобретении конструкции. У данного пенно-водяного спринклерного оросителя в направлении потока огнетушащей пены за спринклерным оросителем (т.е. ниже по потоку от него) и вдоль его продольной оси имеется распылительная тарель с отверстиями, а далее - сито для пены. Огнетушащая пена свободной струйкой истекает на распылительную тарель из имеющегося в оросителе выходного отверстия для огнетушащей текучей среды. При этом часть огнетушащей пены распределяется распылительной тарелью, в то время как другая ее часть выходит через имеющиеся в распылительной тарели отверстия и реструктурируется расположенным за ним ситом для пены, становясь большими пузырьками пены.
Традиционный спринклерный ороситель как таковой (А), т.е. без предлагаемого в изобретении сепаратора, как и ожидалось, не продемонстрировал достаточного вспенивания. Значения кратности пены находятся значительно ниже характерных для пены низкой кратности, начинающихся с примерно 4. Однако достаточного для соответствующей цели вспенивания достичь удалось при использовании предлагаемого в изобретении сепаратора (В, С, D), обеспечивающего возможность генерирования пены низкой кратности со значениями кратности, аналогичным тем, которые дает взятый за эталон спринклерный ороситель (Е), работающий с пеной низкой кратности, имеющий ряд технических отличий в конструкции. Также серия испытаний продемонстрировала, что три разные, не содержащие фторированных поверхностно-активных веществ, огнетушащие текучие среды, рассчитанные на отличающиеся характеры пенообразования, при использовании предлагаемого в изобретении сепаратора демонстрируют практически не отличающиеся друг от друга значения кратности пены.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах показано:
на фиг. 1 - вид сбоку спринклерного оросителя, содержащего предлагаемый в изобретении сепаратор; и
на фиг. 2 - спринклерные оросители, исследованные в ходе вышеописанных на примере 1 испытаний, с использованными адаптерами (переходниками).
Осуществление изобретения
1
1
2
2
На фиг. 1 показана конструкция традиционного спринклерного оросителя 2 в сочетании с предлагаемым в изобретении сепаратором 1. На своей головной части спринклерный ороситель 2 имеет наружную резьбу для вворачивания в соответствующую установку в стене, полу или потолке, а на противоположном конце - выходное отверстие 3 для огнетушащей текучей среды. Головная часть спринклерного оросителя 2 помещается на помосте, содержащем две опорные колонны, сходящиеся с боков книзу в единое несущее основание, в котором они и оканчиваются. На нижней стороне этого несущего основания сформирована распылительная или разбрызгивательная тарель (далее по тексту -распылительная тарель) 4 с диаметром d, базовой поверхностью G и находящаяся на расстоянии h до выходного отверстия 3 для огнетушащей текучей среды. Сепаратор 1 имеет верхнюю цилиндрическую область диаметром d и нижнюю коническую область, которая оканчивается отверстием. Верхняя цилиндрическая область сепаратора 1 с высотой h оканчивается на уровне распылительной тарели 4 и отстоит от нее на размер b в свету. Сепаратор охватывает промежуток 5, локализованный между распылительной тарелью 4 и выходным отверстием 3 для огнетушащей текучей среды и изображенный при помощи (штриховых) образующих. Сепаратор 1 скреплен с головной частью спринклерного оросителя 2 посредством удерживающих плечиков 6.
На фиг. 2 показаны:
А - зонтичный спринклерный ороситель (стоячий) производства фирмы "Tyco", модель ТУЗ 15 (К-фактор 80) без сепаратора (эталонный образец); В - зонтичный спринклерный ороситель (стоячий) производства фирмы "Victaulic", модель V2704 (К-фактор 80), оснащенный предлагаемым в изобретении кольцевым сепаратором, непосредственно прилегающим к наружной кромке распылительной тарели и изготовленным из тянутого цельнорешетчатого металла, а именно высококачественной стали марки V2A, с шириной ячейки 3,5 мм, длиной ячейки 6 мм и толщиной листа 0,6 мм; С - зонтичный спринклерный ороситель (стоячий) производства фирмы "Victaulic", модель V2704 (К-фактор 80), оснащенный предлагаемым в изобретении кольцевым сепаратором, с круговым размером в свету величиной 4 см до наружной кромки распылительной тарели и изготовленный из тянутого цельнорешетчатого металла, а именно высококачественной стали марки V2A, с шириной ячейки 3,5 мм, длиной ячейки 6 мм и толщиной листа 0,6 мм; D - зонтичный спринклерный ороситель (висячий) производства фирмы "Jomos", (К-фактор 80) с предлагаемым в изобретении сепаратором в форме сита, изготовленным из высококачественной стали марки V2A, с диаметром отверстий сита величиной 2 мм и отстоящим от наружной кромки распылительной тарели на высоте нахождения распылительной тарели с круговым зазором величиной 3,5 см;
Е - спринклерный ороситель для приготовления пены низкой кратности (висячий) производства фирмы "Minimax", модель МХ5 (К-фактор 80), аналогичный описанному в документе DE 19539991 С1 и имеющий конструкцию с рядом принципиальных технических отличий от предлагаемой в настоящем изобретении.