Пожаротушащее устройство для гибридных систем пожаротушения

Полезная модель относится к области противопожарной техники, преимущественно к гибридным системам пожаротушения, и может быть использована для тушения пожаров в двигателях транспортных средств. Гибридная система пожаротушения представляет собой систему комбинированного воздействия на очаг пожара жидким распыленным огнетушащим агентом и ингибирующим аэрозолем, выпускаемыми последовательно из одного источника (например, система VictaulicVortex500, https://static.victaulic.com/assets/uploads/literature/70.10.pdf.)
В соответствие с Правилами №107 Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) моторные отсеки автотранспорта должны быть оснащены сертифицированной, высокопроизводительной, экологически безопасной, экономически эффективной и безопасной в эксплуатации системой пожаротушения, технические требования к которой изложены в приложении №13 (https://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/maim/wp29/wp29regs/2016/R107r6am3e.pdf).
В соответствие с приложением №13, системы пожаротушения должны безотказно работать в условиях высокой и низкой пожарных нагрузок, интенсивных воздушных потоков, при повторном воспламенении, а также широком температурном диапазоне окружающей среды.
Известные огнетушащие системы для двигателей транспортных средств используют жидкие огнетушащие агенты и газобаллонные устройства для их вытеснения (www.dafo-vehicle.com). Эти системы состоят из термодатчика, блока контроля и управления, емкости с огнетушащим веществом, баллона, заполненного инертным газом с пневматическим сервомотором, активирующим процесс открытия газового баллона и вытеснения жидкого агента в зону пожара (www.dafo-vehicle.com).
Недостатком такой системы является наличие баллона с высоким давлением, представляющим опасность при возможной аварийной ситуации с транспортным средством. Возрастающие ограничения на перевозку опасных грузов повышают сложность и дороговизну контейнеров под давлением.
Использование твердотопливного генератора для генерации газа, вытесняющего пожаротушащий агент, предлагаемое в настоящей полезной модели, устраняет этот недостаток и дает существенные преимущества перед огнетушителями с газовым баллоном благодаря повышению надежности и долговечности эксплуатации, безопасности хранения, в простоте перезарядки устройства (не требуется компрессорное оборудование).
Известны огнетушащие устройства, в которых вытеснение пожаротушащего агента производится продуктами сгорания пиротехнических элементов. Например, в патенте RU 2102093 (опубликован 20.01.1998) описано устройство для пожаротушения, содержащее пеногенератор с патрубком распылителя пенообразующего раствора и плоскоструйный насадок с расположенным под ним пеностволом, сообщенным на входе с патрубком распылителя, а на выходе - с плоскоструйным насадком, пеноствол содержит эжектор с закрепленным на его торце магазином пиротехнических газогенераторов высокого ингибирующего действия. При работе устройства продукты сгорания пиротехнических газогенераторов создают эжектирующее действие на пенообразующий состав и подачу его в пожарный ствол. Однако конструкция такого устройства достаточно сложна и громоздка для применения в условиях автотранспорта.
В патенте RU 2118551 (опубликовано 10.09.1998) описан способ пожаротушения путем комплексного - комбинированного воздействия на очаг горения ингибирующего аэрозоля и огнетушащего вещества, которые подаются одновременно из единого устройства в виде потока распыленного в охлажденном ингибирующем аэрозоле огнетушащего вещества.
Этот способ реализуется в устройстве пожаротушения, содержащем аэрозольный генератор с размещенным в его корпусе зарядом из аэрозолеобразующего состава с узлом воспламенения и емкость с огнетушащим порошком, жестко присоединенную к корпусу генератора, средство для выхода аэрозоля и огнетушащего порошка, средство для охлаждения аэрозоля, выполненное в виде слоя из теплопоглощающего материала, с одной стороны отделенное от заряда свободной полостью, с другой стороны ограниченное средством для выхода аэрозоля, а емкость с огнетушащим порошком присоединена к корпусу генератора таким образом, что между ними образована внутренняя дополнительная полость, снабженная диафрагмой в нижней части емкости. На основе описанных способа и устройства разработана система пожаротушения, позволяющая сочетать аэрозольное пожаротушение, в частности, с аэрозольно-жидкостным. Недостатком известного устройства является недостаточная надежность работы устройства вследствие совместной подачи огнетушащих веществ, при которой непосредственное взаимодействие химически активного аэрозоля и жидкого агента, а также гетерогенность смеси, приводят к нарушению работы распыляющих элементов. Так же недостатком этого изобретения является сложность конструкции, затрудняющая возможность ее размещения на транспортном средстве.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство объемного тушения комбинированного действия, описанное в патенте RU 2485988 (опубликовано 27.06.2013), и представляющее собой модуль пожаротушения, включающий емкость, газогенератор, твердотопливную пиротехническую шашку и узел инициирования. Емкость выполнена в виде корпуса с днищами, в одном из которых выполнено отверстие, и заполнена огнетушащим веществом, преимущественно, хладоном. Корпус снабжен легкоплавкой полой цилиндрической вставкой, которая имеет торцевые герметизирующие фланцы. Вставка установлена в отверстии корпуса посредством верхнего фланца. Газогенератор имеет сопла и установлен в корпусе посредством нижнего фланца вставки. Верхняя часть газогенератора содержит сопла и узел инициирования и размещена в полости вставки. Нижняя часть газогенератора с твердотопливной пиротехнической шашкой погружена в хладон. Сопла газогенератора выполнены в боковой поверхности газогенератора и направлены на цилиндрическую поверхность вставки.
Недостатком устройства, описанного в патенте RU 2485988, является вытеснение жидкого агента непосредственно газо-дисперсными продуктами терморазложения пиротехнической шашки, обусловленное отсутствием физического элемента, отделяющего жидкий агент от газодисперсной струи. В связи с этим, химическое и термодинамическое взаимодействие газо-дисперсных продуктов терморазложения пиротехнической шашки с химически активными жидкими реагентами приводит к изменению таких их параметров, как плотность, вязкость, появлению двухфазного течения образующейся смеси, и, как следствие, к потерям пенообразующих свойств раствора, производительности системы и ее расходных характеристик. Высокие температуры аэрозольной струи являются причиной образования дисперсных конгломератов, запирающих сопловые отверстия жиклеров форсунок и приводящих к нерасчетным режимам работы, как генератора, так и распылительных форсунок. Очевидно, что по мере вытеснения жидкости свободный объем емкости для жидкого агента увеличивается, что требует для поддержания постоянства давления дополнительного количества газов - продуктов горения заряда. Необходимость интенсивного заполнения свободного объема емкости над огнетушащей жидкостью до расчетного давления подачи требует значительно большего газоприхода в начальной стадии горения заряда, а в дальнейшем - поддержания этого давления в течение всего времени работы установки.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение высокой надежности, эффективности и безопасности эксплуатации системы пожаротушения двигателей крупногабаритных транспортных средств, путем обеспечения последовательной подачи огнетушащего аэрозоля на очаг пожара вслед за жидким агентом.
Поставленная задача решена тем, что в пожаротушащем устройстве для гибридных систем пожаротушения, включающем снабженный крышкой цилиндрический корпус, в котором размещены пиротехнический генератор огнетушащего аэрозоля, накопительная камера для аэрозоля, резервуар для жидкого пожаротушащего агента, и предусмотрены выходное отверстие и элемент, открывающий выходное отверстие при достижении в корпусе необходимого давления, согласно полезной модели, пиротехнический генератор огнетушащего аэрозоля установлен в крышке корпуса, между накопительной камерой для аэрозоля и резервуаром с жидким пожаротушащим агентом установлен снабженный мембраной плунжер, обеспечивающий вытеснение жидкого пожаротушащего агента через выходное отверстие, которое выполнено в днище корпуса, а в качестве элемента, открывающего выходное отверстие при достижении в корпусе необходимого давления, предусмотрен установленный в этом отверстии клапан, снабженный штоком, разрушающим мембрану плунжера при соприкосновении его с этим клапаном.
Устройство дополнительно снабжено трубопроводной системой с форсунками, соединенной с выходным отверстием.
Мембрана, в частном случае, выполнена из стали толщиной 0,1 мм и может быть выполнена из стальной фольги.
Техническим результатом предложенной полезной модели является обеспечение безопасности за счет отсутствия элементов с высоким давлением в режиме ожидания, что достигается наличием аэрозольного пожаротушащего генератора. Кроме того, повышение эффективности тушения обеспечивается путем создания двойного последовательного действия флегматезирующего огнетушащего аэрозоля и огнегасящей пенообразующей жидкости на пламя, и дополнительного эффекта гашения за счет последовательной подачи огнетушащего аэрозоля на очаг пожара вслед за жидким агентом, что помимо прямого ингибирующего воздействия на пламя, приводит к дополнительному эффекту гашения, за счет изоляции поверхности горения от воздуха плотным и устойчивым образованием, возникающим при реакции химически активных компонентов пены с аэрозольным составом. Это достигается за счет установки плунжера, разделяющего пожаротушащие агенты.
Таким образом, исключается вытеснение жидкого агента непосредственно газодисперсными продуктами терморазложения пиротехнической шашки. Это в свою очередь приводит к исключению непосредственного термодинамического и химического взаимодействия продуктов сгорания твердого пиротехнического состава с жидким огнетушащим реагентом, что приводит к исключению изменения структуры жидкого огнетушащего реагента, появления двухфазного течения и потерям производительности системы, и таким образом к уменьшению расхода жидкого реагента. Предлагаемое устройство позволяет исключить высокую температуру аэрозольной струи, которая является причиной образования дисперсных конгломератов, запирающих сопловые отверстия жиклеров форсунок в системе пожаротушения, и свою очередь приводит к нерасчетным режимам работы как самого пожаротушащего устройства, так и распылительных форсунок системы. Все это в совокупности позволяет обеспечить выполнение требований ЕЭК (Европейской экономической комиссии) ООН к системам тушения транспортных средств. Устройство достаточно просто в конструктивном отношении.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами,
где на чертеже Фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства;
на Фиг. 2 - представлен внешний вид плунжера;
на Фиг. 3 - схема испытательного стенда;
на Фиг. 4 - общий вид испытательного стенда.
Предлагаемое пожаротушащее устройство (фиг. 1) включает генератор огнетушащего аэрозоля 1, размещенный в крышке 2, плунжер 3 с мембраной 4, цилиндр 5 с огнетушащим жидким агентом 6, клапан 7, установленный в днище 8, шток 9, выпускное отверстие с патрубком 10. Часть цилиндра, ограниченная плунжером 5 и крышкой 2 с генератором 1, представляет собой накопительную камеру 11.
На фиг. 2 представлен внешний вид плунжера, где 12 - фиксирующее углубление, 13 - плоское кольцо, 4 - мембрана, 14 - зажимной винт.
Устройство работает следующим образом.
Подготовленная к работе гибридная система (фиг. 3) пожаротушения, включающая предлагаемое устройство, устанавливается на объекте противопожарной защиты и соединяется с помощью трубопроводов 15 с распылительными форсунками 16, размещенными над пожароопасными элементами двигательного отсека транспортного средства.
При возникновении пожара в двигательном отсеке транспортного средства, срабатывает автоматическое или ручное устройство контроля и управления, электрический сигнал от которого поступает на активатор генератора 1 огнетушащего аэрозоля, запуская процесс термохимического разложения пиротехнического элемента. Образующаяся газоаэрозольная смесь продуктов сгорания пиротехнического элемента поступает в накопительную камеру 11 и воздействует на плунжер 3, приводя его в движение и создавая давление в жидком агенте 6, находящемся в цилиндре 5. При достижении заданного давления в жидкости 6, клапан 7 открывается, и под действием плунжера 3 огнетушащий жидкий агент 6 вытесняется из цилиндра 5, через клапан 7, выпускное отверстие 10 в трубопроводную систему 15 и, далее, в распылительные форсунки 16. После окончания процесса вытеснения жидкости, плунжер 3 касается штока 9, расположенного на клапане 7, который разрушает мембрану 4 плунжера 3 и огнетушащий аэрозоль из генератора через образовавшееся отверстие в плунжере 3, клапан 7 и выпускное отверстие с патрубком 10 также по трубопроводной системе 15 поступает в жиклеры 16, через которые воздействует на зону пожара, осуществляя, таким образом, дополнительное тушение очага возгорания огнетушащим аэрозолем.
Примеры работы предлагаемого устройства в составе гибридной установки.
Огневые испытания проводились на стенде, полностью моделирующем моторное отделение транспортного средства в соответствие со схемой, согласованной Правилами №107 соглашения ЕЭК ООН (https://www.unece.org/fileadmm/DAM/trans/main/wp29/wp29regs/2016/R107r6am3e.pdf). Схема стенда представлена на фиг. 3, общий вид на фиг. 4. На стенде установлены макеты двигателя 17, глушителя 18, выпускного коллектора 19, выпускной трубы 20, цилиндра вентилятора 21, а также преграды 22, 23, 24 препятствующие распространению огнегасящих веществ. Размеры макета двигателя составляют 1000×650×500 мм. Устройство пожаротушения испытывают на высокую пожарную нагрузку, низкую пожарную нагрузку, высокую пожарную нагрузку с вентилятором и повторное воспламенение.
Испытания проводили с огнетушащим жидкими составом марки Temper S-30 производства компании Temper Technology АВ (www.temper.se), обладающим наиболее низкой температурой замерзания -30°С. Устройство надежно работает с другими огнетушащими жидкими составами, например марки PREMIX-MLK-MB производства компании Opchidee France SAS. В качестве жиклеров были использованы форсунки марки BB1/BS фирмы WATEC угол распыления 60 град.
В соответствии с нормативными требованиями возгорания должны быть полностью погашены либо в течение минуты после включения системы пожаротушения, либо по окончании распыления огнегасящего состава.
По истечении предусмотренного времени предварительного горения пожарных нагрузок система пожаротушения включалась вручную или автоматически.
В таблице представлены основные результаты экспериментов.
2
3
Испытания №1, 2, 3, 4 выполнены для условий, моделирующих пожар в результате пролива топлива в моторном отделении. Для пожарной нагрузки брали дизельное топливо, гептан (С7Н16) и моторное масло 15W-40 с температурой вспышки 230°С и вязкостью 107 мм/с при 40°С, которым заполняли поддоны квадратных, прямоугольных и круглых форм на водной «подушке». Поддоны размещались на элементах макетов с наибольшей пожарной опасности, а также в местах, наименее доступных для проникновения средств пожаротушения, в соответствии с Правилами №107 соглашения ЕЭК ООН. Поток воздуха расходом 1,5 м/сек нагнетался вентилятором диаметром 710 мм через цилиндр 21 (фиг. 3). Вентилятор запускался за 30 секунд до включения системы пожаротушения и оставаться во включенном состоянии до завершения испытания. Время тушения очагов пожара в испытаниях №1, 2, 3 и 4 составило 3-4 сек после включения устройства пожаротушения, что соответствовало нормативным требованиям.
Испытания №5 и 6 выполнены для условий, моделирующих пожар в результате распыления дизельного топлива при различных давлениях и расходных характеристиках источника возгорания.
В огневом испытании №5 использованы распыляющие форсунки типа Lechler 460.368.30 с давлением 450 кПа и расходом топлива 0,73 кг/мин. Проводился обдув с помощью вентилятора.
В огневом испытании №6 использовали распылительную форсунку типа Lechler 212.245.11 рабочим давлением 450 кПа и расходом топлива 0,19 кг/мин без обдува воздухом.
Распылитель дизельного топлива включался за 10 секунд до включения системы пожаротушения  и функционировал до завершения испытания.
Время тушения пламени распыленного дизельного топлива в испытаниях 5 и 6 составило 3-4 сек после включения устройства пожаротушения, что соответствовало нормативным требованиям.
Целью испытания №7 был анализ возможности повторного возгорания от капающего масла на горячую поверхность. При огневом испытании использовали форсунку типа Danfoss 0.60Х80Н.
При испытании на повторное возгорание трубу макета выпускного коллектора 19 (фиг. 3) подвергали предварительному нагреву перед началом испытания пропановой горелкой до максимальной температуры около 600°С. Температуру измеряли с помощью термопар, установленных непосредственно на трубе коллектора. После достижения установленной температуры процедуру предварительного нагрева прекращали. Через 30 секунд после того, как моторное масло начинало капать, наблюдалось возгорание и через 15 секунд после этого активировали систему пожаротушения. Тушение пламени происходило в течение 3-4 сек. Масло продолжало капать на трубу коллектора в продолжении еще 45 сек, после чего, в соответствии с нормативными требованиями, было принято решение о положительном прохождении испытания.
Таким образом, приведенные примеры подтверждают возможность осуществления полезной модели с достижением заявленного результата, подтверждающего выполнение требований ЕЭК ООН к системам тушения транспортных средств.
*Примечание: 1. Нормативное время тушения пожара в моторном отделении транспорта составляет 1 мин. после подачи огнетушащего вещества: http://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/doc/2015/wp29/ECE-TRANS-WP29-2015-088e.pdf
2. Р - давление топлива, А - расход топлива в форсунках, I - интенсивность капель из форсунки.