УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКАЛЬНОЙ ПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ И СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ОБОЛОЧКИ КАПСУЛЫ С НАНОПОРОШКОМ
DEVICE OF AUTOMATIC LOCAL FIRE PROTECTION AND METHOD OF DESTRUCTION OF SHELL OF CAPSULE WITH NANOPOWDER

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к автоматическим системам пожаротушения, и может быть использовано для пожарной защиты моторных отсеков транспортных средств, других систем и агрегатов средств передвижения, например автомобиля, трактора и тому подобное, а также - в бытовой и электронной технике, например в холодильниках, телевизоре и тому подобное.
Известно (Х.И. Исхаков, А.В. Пахомов, Я.Н. Каминский. Пожарная безопасность автомобиля. - М.: Транспорт, 1987, с. 6), что пожары автомобилей возникают от внутренних и внешних источников зажигания. К внутренним источникам зажигания относятся: искры как результат неисправности электрической системы, или фрикционные искры вследствие ДТП; поверхности выпускной, тормозной систем и сцепления, нагретые выше температуры воспламенения паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и горючих материалов, открытый огонь.
К внешним источникам зажигания автомобилей относятся: высокоинтенсивные потоки излучения, вызванные пожарами строений в местах хранения автотранспортного средства или пожарами рядом расположенных автотранспортных средств; открытый огонь при сварочных работах и другие. Вероятность загорания автомобилей от внешнего источника составляет 0,12…0,16.
Наиболее частыми причинами пожаров автомобилей являются неисправности топливной и электрической систем. Реже возникают пожары вследствие нарушения герметичности элементов гидравлического оборудования и выпускной системы автомобиля.
Известна инновационная разработка компании ROTAREX в области обнаружения и тушения возгорания (Пожаротушение двигателей, html). Датчиком обнаружения пожара в системе пожаротушения двигателя ROTAREX является гибкая линейная сенсорная трубка, заполненная азотом. Она легко устанавливается над двигателем, вокруг него, вблизи возможных мест возгорания. За счет своей гибкости сенсорная трубка устанавливается даже в труднодоступных местах, что позволяет на 100% перекрыть всю защищаемую область. В случае повышения температуры до +175°С в любой точке сенсорной трубки вследствие пожара система пожаротушения для автомобиля моментально и автоматически инициирует пуск огнетушащего состава.
Однако применение данного устройства весьма проблематично в зонах с повышенной негерметичностью автомобиля.
Известен порошковый модуль (Патент RU №2082472, МПК А62С 35/00, опубл. 27.06.97), используемый как самостоятельная рабочая единица или в составе стационарной системы пожаротушения, содержащий выполненный из металла корпус, состоящий из двух жестко связываемых между собой частей и внутри герметичной полости которого размещен огнетушащий порошок, газогенерирующее вещество и инициирующее устройство, подключенное к системе сигнализации для принудительного инициирования газогенерирующего вещества при поступлении электрического импульса, или выполненное самосрабатывающим для инициирования газогенерирующего вещества от теплового потока очага пожара, при этом газогенерирующее вещество и огнетушащий порошок занимают объем, составляющий не более 99% общего объема герметичной полости корпуса.
Порошковый модуль, выполненный по варианту исполнения самосрабатывающим, обеспечивает оперативное реагирование на тепло возникшего очага пожара за счет тепловых датчиков и покрытия корпуса с высокой степенью черноты, а также позволяет обеспечить как направленный сектор защиты (выброс огнетушащего порошка), так и объемное тушение.
Выброс огнетушащего порошка в этом огнетушителе обеспечивается за счет создания внутри корпуса избыточного давления, которое приводит к раскрытию корпуса по выполненным на его стенках канавкам и образованию широкого прохода.
Однако данный порошковый модуль имеет сложную конструкцию лепесткового затвора, как правило, используется лишь в тех случаях, когда необходимо нейтрализовать возможное повышение давления внутри емкости, и не предусматривает использование этого затвора как задерживающего элемента конструкции. Если его использовать в последнем варианте, то необходимо уравнять сопротивления зон участка вершин лепестков и зон участка их оснований. Выполнение этих условий приводит к существенному усложнению конструкции корпуса огнетушителя и лишает его такого важного его свойства как простота изготовления и технологичность.
Кроме этого инициирующее вещество закреплено внутри корпуса на его дне. Известно, что в огнетушителях любое инициирующее вещество с течением времени теряет свои свойства. Следовательно, оно должно периодически заменяться на новое с тем, чтобы поддерживать огнетушитель долгое время в рабочем состоянии, предусматривающем самосрабатывание. Закрепление инициирующего вещества на дне корпуса в условиях, когда оно засыпано огнетушащим порошком, приводит к необходимости периодической полной смены одного огнетушителя на другой, новый. В этом случае нарушается одно из условий долговременной надежности элементов системы пожаротушения. Постоянная полная смена или замена рабочих единиц системы пожаротушения усложняет и удорожает процесс обслуживания самой системы и повышает вероятность ее выхода из строя.
Известен распыляемый заряд для тушения пожара (Патент RU №2026696, МПК А62С 3/00, A62D 1/00, опубл. 20.01.1995), в котором огнетушащий порошок, являющийся активным компонентом, распыляется на очаг пожара с помощью состава - газообразователя. При возникновении очага пожара газообразователь на основе азодикарбонамида загорается, образуя газовую смесь. Эта газовая смесь вытесняет огнетушащий порошок.
Дальность распыления такого состава невелика, его использование ограничивается локальными пожарами.
Использование данного устройства для тушения пожара в автомобиле невозможно, поскольку в результате нагрева и самосрабатывания стеклянный сосуд разрушается на осколки, которые могут вывести из строя жизненно важные детали и агрегаты автомобиля, например, вывести из строя электрическую проводку автомобиля под капотом, а при ложном срабатывания устройства названные осколки являются травмоопасными для человека.
Известно устройство для пожарной защиты моторного отсека автомобиля (Авторское свидетельство SU №1544446, МПК А62С 3/07, А62С 35/00, опубл. 23.02.1990), которое содержит распылители, выполненные в виде пеногенераторов, автоматический клапан, трубопровод и установленный в нижней части радиатора распределитель с входным патрубком, связанным с системой охлаждения. Устройство снабжено емкостями для бромхладона и пенообразователя. Емкость для бромхладона размещена внутри емкости для пенообразователя и имеет в верхней части перепускные отверстия. Емкость для пенообразователя выполнена герметичной, имеет предохранительный клапан и калиброванный патрубок, соединенный с автоматическим клапаном, который установлен на входном патрубке в зоне соединения последнего с системой охлаждения. Входной патрубок пропущен через емкость для бромхладона. Устройство может быть снабжено дополнительным источником сжатого газа с обратным клапаном и газоводом, присоединенным к автоматическому клапану. Пеногенераторы могут иметь воздуховоды, которые присоединены к вентилятору кондиционера.
Однако это устройство имеет сложную и многозвенную систему доставки воздушно - механической пены в подкапотное пространство автомобиля, а применение пены в зонах нахождения в автомобиле электрооборудования весьма проблематично.
Кроме этого применение водных, пенных средств пожаротушения для тушения горящей поверхности путем ее охлаждения достаточно эффективно, доступно и довольно дешево. Однако применение этих средств пожаротушения ограничено температурой окружающей среды, которая должна быть выше 0°С, что практически исключает их использование в зимний период эксплуатации автомобиля.
Известны способ аэрозольного пожаротушения в полузамкнутых объемах и устройство для его осуществления (Патент RU №2111030, кл. МПК А62С 2/00, А62С 13/22, опубл. 20.05.1998). Способ и устройство предназначены для объемного тушения пожаров, в которых предусмотрено использование аэрозольного огнетушащего состава, получаемого сжиганием твердотопливной композиции окислителя и восстановителя, причем твердотопливная композиция размещается в порошкообразном состоянии в гибкой трубке-модуле из полимерного материала. Зажигание заряда твердотопливной композиции осуществляется одновременно по всей длине трубки-модуля с помощью размещенных вдоль заряда электропроволоки или термочувствительного огнешнура. За счет этих мер достигается быстрота выдачи аэрозольного огнетушащего состава и обеспечивается возможность защиты объектов с повышенной негерметичностью. Использование в качестве трубок модулей гибкого материала обусловливает возможность их размещения в труднодоступных местах (подкопотное пространство в автомобилях, кабельные подполья и каналы и т.п.).
Ранее было установлено (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с., 311, 314), что образуемый в процессе сгорания твердотопливной композиции аэрозоль имеет температуру от 1500 до 2200 К. Отсюда возникает проблема с охлаждением названного аэрозоля до безопасных значений температуры.
Известна установка локального подавления небольших очагов горения автомобиля (X.И. Исхаков, А.В. Пахомов, Я.Н. Каминский. Пожарная безопасность автомобиля. - М.: Транспорт, 1987, с. 78), принятая за прототип заявляемого способа по п. 1 формулы.
Принцип действия установки заключается в следующем.
При подаче сигнала от датчика, реагирующего на тепловой поток, блок питания через концевой выключатель включает пламеподавляющее устройство. Инертные газы, вырабатываемые зарядом, выбрасывают через насадок порошок в зону горения в виде распыленного факела.
Однако эта установка не предусматривает применение в качестве огнетушащего порошкового вещества более эффективного огнетушащего средства, выполненного в виде нанопорошка.
Известны способ подавления взрыва газопаровоздушных и пылевоздушных смесей, взрывоподавляющее устройство и способ разрушения эластичной полимерной оболочки взрывоподавляющего устройства (Патент RU №2575429, кл. МПК А62С 3/00 (2006.01), опубл. 20.05.2016), принятые за прототип заявляемого устройства для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля по п. 2 формулы и способа разрушения эластичной полимерной оболочки с нанопорошком по п. 3 формулы.
Способ подавления взрыва газо-паровоздушных и пылевоздушных смесей включает в себя доставку порошкового вещества с помощью энергии ударной волны к очагу горения, создание в нем концентрации порошкового вещества, достаточной для ингибирования взрывоопасной среды в течение времени, необходимого для подавления пламени. В качестве порошкового вещества для ингибирования взрывоопасной среды используют нанодисперсный порошок.
Для осуществления заявленного способа используется взрывоподавляющее устройство, которое включает в себя наружную оболочку, выполненную в виде двух подвижных створок, скрепленных средством фиксации. Внутри оболочки установлена капсула с порошковым веществом, в которой смонтировано средство разрушения капсулы и наружной оболочки, выполненное в виде взрывного заряда. Капсула наполнена порошковым веществом, выполненным в виде нанодисперсного порошка. Средство фиксации выполнено в виде пленочной ленты с клеевым покрытием, смонтированной на линии разъема створок. Средство разрушения капсулы и наружной оболочки дополнительно содержит зубчатый нож, смонтированный на одной из створок и выполненный в виде U-образной скобы. Режущая часть ножа опирается в дежурном режиме на внутреннюю поверхность другой створки. Заявленное изобретение позволяет осуществить ингибирование распространяющегося пламени взрывной волны с одновременным ее гашением.
Однако применение этого технического решения с использованием энергии ударной волны для доставки к очагу горения порошкового вещества в виде нанопорошка в заявляемом случае невозможно. Тушение названного очага горения в заявляемом техническом решении производится в небольшом ограниченном пространстве, например под капотом автомобиля, где применение энергии ударной волны может привести к значительным необратимым разрушениям элементов его конструкции.
Проведенные испытания (Патент RU №2050874, кл. МПК А62С 35/00, опубл. 27.12.1995) выявили еще одну особенность тушения модельного очага, в котором установлены конструкции, имитирующие реальные производственные, бытовые, энергетические и т.п. установки. Усложнение рельефа поверхности очага приводит к тому, что в ряде случаев (30%) после полного сбития пламени наблюдается повторное возгорание. С целью предотвращения такого возгорания в конструкцию установки введен агрегат с медленно горящим газогенерирующим пиротехническим элементом, расположенным на крышке конического корпуса, заполненного огнетушащим порошком. Отличительной особенностью данного устройства является то, что в нем дефлектор имеет расширительную камеру с объемом, в 12 раз превышающим объем дефлектора. Данное соотношение объемов определено путем экспериментального исследования различных конструкций упомянутых элементов в составе устройства. Это позволяет значительно (до 2-3 с) сократить время подготовки порошкового состава (аэрации), что крайне важно при тушении быстроразвивающихся очагов горения, и повысить равномерность выхода огнетушащего порошка из распылителя.
Поэтому в заявляемом техническом решении подача огнетушащего порошкового вещества в виде нанопорошка осуществляется газогенерирующим зарядом, который позволяет создать равномерный выход нанопорошка из распылителя.
Установлено (Сабинин Олег Юрьевич. Оптимальные характеристики огнетушащих порошков и параметры их подачи для импульсных модулей порошкового пожаротушения: диссертация кандидата технических наук : 05.26.03 / Сабинин Олег Юрьевич; [Место защиты: Акад. гос. противопожарной службы МЧС России]. - Москва, 2008. - 176 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/300), что для обеспечения эффективного функционирования систем порошкового пожаротушения дисперсный состав применяемых порошков должен быть специально подобран в зависимости от техники, в которой он будет применяться. В этом, возможно, имеется значительный резерв в повышении эффективности порошкового пожаротушения.
Задача заявляемого технического решения заключается в создании эффективной автоматической локальной пожарной защиты автомобиля, в которой для тушения загорания в локальных пожароопасных зонах используется нанопорошок, обладающий высокой способностью ингибирования химических реакций в зоне горения по сравнению существующими ингибиторами горения.
Сущность заявляемого способа автоматической локальной пожарной защиты автомобиля заключается в том, что в способе автоматической локальной пожарной защиты автомобиля, включающем в себя обнаружение очага загорания и подачу огнетушащего порошкового вещества в контролируемую зону, при проектировании автомобиля определяют локальные пожароопасные зоны, а в качестве огнетушащего порошкового вещества используют нанопорошок.
Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в устройстве для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля, включающем в себя наружную оболочку, внутри которой установлена капсула с порошковым веществом, выполненным в виде нанодисперсного порошка, средство фиксации капсулы в оболочке, средство разрушения капсулы, выполненное в виде заряда, и локальное средство разрушения капсулы, выполненное в виде ножа, при этом капсула зафиксирована в оболочке удерживающими лямками, имеющими возможность совместного перемещения с капсулой при воздействии на нее инертных газов, выделяемых при срабатывании газогенерирующего заряда, в сторону ножа, выполненного, например, крестообразным и жестко зафиксированного на оболочке перед распылительным насадком, причем оболочка капсулы выполнена более эластичной по сравнению с лямками.
Сущность заявляемого способа разрушения оболочки капсулы с нанопорошком, заключается в том, что в способе разрушения оболочки капсулы с нанопорошком, включающем в себя повышение давления в замкнутом пространстве перед оболочкой за счет энергии, возникающей от приведения в действие заряда путем выделения инертных газов, деформацию и разрушение оболочки локальным средством ее разрушения, при этом деформацию оболочки капсулы производят путем выделения инертных газов медленно горящим газогенерирующим пиротехническим зарядом, а перемещение капсулы на участке ее разрушения производят совместно с удерживающими лямками навстречу средству локального разрушения до момента полного разрушения оболочки капсулы ножом.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом автоматической локальной пожарной защиты автомобиля, обуславливается следующим.
Определение локальных пожароопасных зон при проектировании автомобиля позволяет:
- найти оптимальные места размещения устройства для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля в условиях небольшого ограниченного пространства, например в подкапотном пространстве автомобиля;
- учитывать особенность конструкции автомобиля с учетом нахождения различных агрегатов и устройств, например, в подкапотном пространстве автомобиля и усложненного рельефа поверхности очага горения;
- учитывать зоны повышенной негерметичности, где необходимый расход огнетушащего порошкового вещества для тушения очага горения будет отличаться от «спокойных» зон, в которых отсутствует постоянный газообмен с окружающей средой.
Использование в качестве огнетушащего порошкового вещества нанопорошка позволяет:
- значительно повысить эффективность объемного пожаротушения за счет того, что огнетушащий нанопорошок самым активным образом влияет на процесс ингибирования химических реакций в зоне горения. При этом, чем меньше будет размер частиц нанопорошка, тем активнее будет происходить этот процесс;
- учитывать то, что, несмотря на более высокую стоимость огнетушащего нанопорошка по сравнению с обычным огнетушащим порошком, его применение компенсируется значительно меньшим расходом при тушении пожаров.
Технический эффект, реализуемый заявляемым устройством, обуславливается следующим.
Фиксация капсулы в оболочке удерживающими лямками, выполненными эластичными, позволяет создать «подвижную» систему передвижения капсулы, при которой конструктивно создается возможность совместного перемещения капсулы с лямками при воздействии на нее инертных газов, выделяемых при срабатывании газогенерирующего заряда, в сторону ножа, выполненного, например, крестообразным и жестко зафиксированным перед распылительным насадком оболочки. Эластичные лямки позволяют быстрее приблизить капсулу с нанопорошком к средству ее локального разрушения.
Исполнение наружной оболочки капсулы более эластичной по сравнению с лямками позволяет создать в зоне ее взаимодействия с ножом выпуклый деформированный участок, который при перемещении капсулы как бы «натыкается» на режущие кромки ножа.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом разрушения эластичной полимерной оболочки с нанопорошком, обуславливается следующим.
Осуществление деформации оболочки капсулы путем воздействия на нее инертных газов, выделяемых медленно горящим газогенерирующим пиротехническим зарядом позволяет избежать значительных необратимых разрушений элементов конструкции автомобиля в локальных пожароопасных зонах.
Перемещение капсулы совместно с удерживающими лямками навстречу средству разрушения до момента полного локального разрушения оболочки капсулы ножом позволяет интенсифицировать процесс ее разрушения, а эластичные лямки позволяют быстрее приблизить капсулу с нанопорошком к средству ее локального разрушения.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к техническим решениям, связанным с тушением загорания в локальных пожароопасных зонах автомобиля.
Известно устройство для тушения локальных пожаров (Авторское свидетельство SU №677754, МПК А62С 37/28, опубл. 20.02.2016).
Устройство содержит корпус с огнетушащим порошком, распылительный насадок и расположенные в верхней части корпуса инициирующий патрон, дефлектор и газогенерирующий заряд, расположенную над дефлектором разрядную головку, причем дефлектор выполнен в виде полого корпуса, суммарная площадь отверстий которого меньше площади выходного отверстия разрядной головки.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении пожарной опасности на контролируемом объекте сигнал от управляющего блока подается на клеммные выводы газогенерирующего заряда, в результате чего происходит его сгорание с выделением инертных газов и быстрым нарастанием давления в инициирующем патроне. По достижении критического давления в инициирующем патроне срезной диск разрушается и газы истекают в промежуточную камеру.
Под давлением инертных газов, поступающих из промежуточной камеры в корпус, предохранительная диафрагма разрушается, и огнетушащий порошок через распылительный насадок выбрасывается в защищаемую зону.
В связи с тем, что дефлектор выполнен в виде полого корпуса, образующего промежуточную камеру, а суммарная площадь отверстий дефлектора меньше площади выходного отверстия разрядной головки, обеспечивается приведение во взвешенное состояние и полный выброс огнетушащего порошка.
В заявляемом способе по п. 1 формулы изобретения используется огромная удельная поверхность нанопорошка, которая значительно повышает эффективность объемного пожаротушения за счет того, что нанопорошок самым активным образом влияет на процесс ингибирования химических реакций в зоне горения. При этом, чем меньше будет размер частиц нанопорошка, тем активнее будет происходить этот процесс.
Известен подвешиваемый к потолку помещения огнетушащий модуль стационарной системы пожаротушения (ЕР, 0483901, МПК А62С 35/08, опубл. 06.05.92), содержащий выполненный из огнестойкого пластика корпус, внутри герметичной полости которого размещен огнетушащий состав, инициирующее устройство в виде взрывного заряда, подключенное к системе тепловых датчиков для инициирования срабатывания взрывного заряда, и фитиль, изолированный в центре емкости, при этом огнетушащий состав занимает практически полный объем герметичной полости корпуса.
Запуск устройства осуществляется по сигналу тепловых датчиков, срабатывающих от пламени с внешней стороны емкости.
Данное устройство обеспечивает только локальное, строго направленное тушение, сопровождающееся пониженной скоростью доставки огнетушащего состава и низкими расходами за счет узкого горла для выхода порошка.
Однако в качестве инициирующего устройства использован взрывной заряд, содержащий взрывчатое вещество, срабатывающее от подожженного пламенем фитиля (для этого фитиль намотан с внешней стороны корпуса и концом введен во взрывной заряд). Такое техническое решение небезопасно с точки зрения использования взрывчатого вещества и требует постоянного контроля за фитилем, поэтому не может быть использовано в автоматической локальной пожарной защиты автомобиля.
Известно предохранительное устройство (Патент RU №2477406, МПК F16K 17/16 (2006.01), опубл. 10.03.2013), которое содержит обратновыгибаемую мембрану и режущий элемент с кольцевой режущей кромкой. Режущий элемент представляет собой поршень с уплотняющими кольцами и конструктивными проточками. Устройство снабжено противолежащим поршню полым режущим инструментом, расположенным коаксиально мембране. Режущая кромка инструмента выполнена в виде несимметрично расположенных зубьев и прилегает к мембране. Изобретение направлено на обеспечение надежного срабатывания клапана за счет гарантии полного и равномерного разрезания мембраны при малой энергии хлопка.
Устройство работает следующим образом.
При повышении давления в защищаемом аппарате поршень начинает двигаться вверх, а мембрана теряет устойчивость, «хлопает» и накалывается на режущую кромку. Режущая кромка прорезает мембрану, в результате чего полость Б и полость В (полости соединенных друг с другом корпусов) сообщаются между собой, что позволяет поршню двигаться дальше под действием давления. Продолжая двигаться, поршень кольцевой режущей кромкой срезает мембрану по всему периметру. Поршень продолжает двигаться до тех пор, пока полость Б (одного корпуса) не соединиться с полостью В (другого корпуса) конструктивной проточкой. Срезанная мембрана остается на режущем инструменте, который в предлагаемом устройстве совмещает функции режущего инструмента и ловителя.
Однако разрушение мембраны происходит в несколько этапов, причем на первом этапе происходит только частичное ее разрушение, а окончательное разрушение мембраны происходит кольцевым ножом, смонтированным на поршне.
Анализ других технических решений показал, что известные технические решения не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым техническим решением.
На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.
Осуществление технического решения, заложенного в способе локального тушения торфяных пожаров, может быть реализовано следующим образом.
При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.
Известно (X.И. Исхаков, А.В. Пахомов, Я.Н. Каминский. Пожарная безопасность автомобиля. - М.: Транспорт, 1987, с. 71), что средства пожаротушения, предназначенные для ликвидации загораний автотранспортных средств, должны отвечать следующим требованиям: обладать высокой огнетушащей способностью для пожаров класса А, В, С, D; предотвращать возможность повторного загорания; обеспечивать тушение в труднодоступных местах; не портить материалы; не быть токсичными.
Большинство загораний автотранспортных средств водители ликвидируют с помощью огнетушителей. При быстроразвивающихся пожарах вследствие ДТП, пожарах автобусов и большегрузных автомобилей наиболее эффективны автоматические установки пожаротушения.
В импульсных огнетушителях весь запас огнетушащего вещества подается на очаг пожара практически мгновенно (менее чем за 0,1 с) за счет расширения газов, образующихся при очень быстром сгорании порохового или пиротехнического заряда (авт. свид. СССР №1648509). Поэтому очень важно заранее правильно направить корпус огнетушителя на очаг пожара, так как очень малое время истечения огнегасящей струи не позволяет скорректировать ее направление. При этом решающее значение приобретает навык обращения оператора с такими огнетушителями. У основной массы потребителей такого навыка нет, поэтому импульсные огнетушители хороши для стационарных установок, а применение их в бытовых условиях часто оказывается неэффективным.
Порошковые огнетушители закачного типа с газогенератором и баллоном сжатого газа в отличие от импульсных имеют запорно-пусковое устройство, обеспечивающее возможность неоднократно прерывать и вновь возобновлять подачу заряда огнетушащего вещества на очаг горения. При этом минимальная продолжительность подачи огнетушащего вещества в зависимости от объема огнетушителя составляет (5…10) с. Таким образом, у оператора есть время прицельно направить огнетушащую струю в нужное место, прекратить подачу огнетушащего вещества или, наоборот, возобновить ее в случае необходимости повторного загорания.
Ранее было установлено (Патент RU №2160618, МПК А62С 13/22, опубл. 20.12.2000), что порошковые огнетушители с газогенераторами имеют максимальное рабочее давление на 40% меньше, чем у закачных и при этом постоянно под давлением не находятся (Авторское свидетельство SU №1544446,), (Авторское свидетельство SU №1637813, МПК А62С 13/22, опубл. 30.03.1991; ТУ 22-6098-85; ТУ 84.7504304.04-89). Гарантийный срок хранения таких огнетушителей определяется сроком хранения огнетушащего вещества и может составлять 5-6 лет. Необходимое рабочее давление создается в корпусе огнетушителя непосредственно перед тушением очага пожара за счет срабатывания газогенератора. Продолжительность приведения огнетушителя в действие 5 с. В течение указанного времени при закрытом выпускном клапане в корпусе огнетушителя создается необходимое рабочее давление, обеспечивающее полный выброс заряда огнетушащего вещества и заданную длину струи.
Однако, если открыть выпускной клапан ранее 5 с, газ начнет выходить при пониженном давлении, поэтому выброс огнетушащего вещества произойдет не полностью, что скажется на эффективности работы огнетушителя.
Опыт практического использования огнетушителей с газогенераторами показал, что в экстремальных условиях пожара люди открывают выпускной клапан до истечения необходимых 5 с и, не получив огнетушащей струи, отбрасывают огнетушитель в сторону, считая его несправным, то есть огнетушитель не используется эффективно.
Известно (X.И. Исхаков, А.В. Пахомов, Я.Н. Каминский. Пожарная безопасность автомобиля. - М.: Транспорт, 1987, с. 7), что, если пожар начался в связи с утечкой топлива из поврежденного топливопровода, то скорость распространения пламени увеличивается в зависимости от места истечения топлива по сравнению со скоростью распространения пламени без нарушения герметичности топливной системы.
Очевидно, что применение водителем при пожаре в таких экстремальных условиях первичных средств пожаротушения, например, имеющегося в наличии порошкового огнетушителя, по мнению автора изобретения, неэффективно по следующим причинам:
- отсутствие у водителя навыка работы с огнетушителем;
- водитель может растеряться в непростой ситуации, особенно это касается водителей - женщин;
- водитель является инвалидом;
- наличие в салоне детей и пожилых пассажиров, которых надо эвакуировать с места чрезвычайной ситуации в первую очередь.
Все это говорит в пользу оснащения автомобиля автоматической локальной пожарной защитой.
При выборе огнетушащих составов и веществ, используемых для пожарной защиты моторных отсеков транспортных средств, других систем и агрегатов средств передвижения в настоящее время, в работе (X.И. Исхаков, А.В. Пахомов, Я.Н. Каминский. Пожарная безопасность автомобиля. - М.: Транспорт, 1987, с. 74) рекомендованы огнетушащие порошковые средства и хладоны.
Однако рекомендованные в этой работе хладоны на основе фторхлорпроизводных соединений метана и этана (X.И. Исхаков, А.В. Пахомов, Я.Н. Каминский. Пожарная безопасность автомобиля. - М.: Транспорт, 1987, с. 72) негативно влияют на состояние озонового слоя земной атмосферы, что привело к запрещению этих галоидзамещенных углеводородов их производства и ограничению применения Монреальским Протоколом 1987 года.
Среди существующих средств пожаротушения - водных, пенных, газовых, аэрозольных и порошковых - порошковые имеют ряд принципиально важных преимуществ (httр:/www.tungus.net/Преимущества порошковых средств пожаротушения). Они универсальны, имеют высокую эффективность и невысокую стоимость. В отличие от систем объемного пожаротушения (газового, аэрозольного) для них не требуется обеспечение условий герметичности защищаемых объектов и трубной разводки для подачи внутрь защищаемого объекта огнетушащего порошка, а в отличие от водных и пенных они имеют значительно более широкий диапазон температурного использования (особенно в области низких температур) и длительный срок эксплуатации. При этом они не причиняют значительного ущерба для окружающих предметов, не содержат в своем составе токсичных веществ и могут использоваться практически на любых объектах.
Поэтому именно порошковые огнетушители являются наиболее распространенным средством тушения очагов пожара и составляют свыше 80% от всех выпускаемых в мире огнетушителей.
Ранее было установлено также (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 278), что огнетушащие порошки обладают высокой огнетушащей способностью, превышающей способность таких сильных ингибиторов горения, как галоидоуглеводороды.
В заявляемом способе порошкового тушения используется огромная удельная поверхность нанопорошка, которая значительно повышает эффективность объемного пожаротушения за счет того, что нанопорошок самым активным образом влияет на процесс ингибирования химических реакций в зоне горения. При этом, чем меньше будет размер частиц нанопорошка, тем активнее будет происходить этот процесс.
Известно (Нанопорошки.mht), что нанопорошки отличаются тем, что составляющие их наночастицы "слипаются" и формируют агрегаты, а агрегаты в свою очередь собираются в еще более крупные образования - агломераты. И уже агрегаты и агломераты ведут себя как отдельные частицы. Объединение (агрегация) наночастиц порошка происходит в результате стремления системы (порошка) уменьшить избыточную поверхностную энергию, которая присуща веществу в раздробленном, в том числе и в наноразмерном, состоянии. Все это было учтено при создании заявляемого технического решения.
Отличительным свойством названных порошков является возможность манипулирования с ними: нанопорошки можно сыпать, уплотнять, разрыхлять, склеивать и даже заставить течь. Отдельную наночастицу можно сравнивать с отдельной личностью, а нанопорошок - с толпой. Сама по себе частица - интересная, уникальная, особенная. Она характеризуется определенным химическим составом, твердостью, плотностью, электропроводностью, магнитными свойствами, гигроскопичностью и т.п. Наряду со свойствами вещества при описании частицы говорят о размере, форме, шероховатости поверхности, химическом составе поверхностного слоя, химическом составе слоев адсобированных веществ, смачиваемости, диэлектрической проницаемости и растворимости поверхностного слоя (Нанопорошки.mht).
В настоящее время все отмеченные ранее порошковые огнетушащие составы могут быть выполнены в виде нанодисперсного порошка минеральной соли (Русские нанопорошки.mht:; http://nano-info.ru/post/439/ Нанопорошки. Назначение, свойства, производство).
При высокой температуре пожара происходит быстрое разложении нанодисперсного порошка, в частности испарившихся частиц солей до атомов металла, которые ингибируют процесс горения (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 114).
Однако в работе (Birchall. Y. Comb/ a Flame, 1970, v. 8, 257) приведены данные по исследованиям тушащего действия различных солей на диффузионное пламя городского газа. В результате чего было установлено, что наиболее эффективное действие из всех исследованных солей на диффузионное пламя оказывали соли щелочных металлов.
н
о
Высокая ингибирующая способность солей щелочных металлов иллюстрируется значениями коэффициентов гетерогенной рекомбинации атомов водорода (γ) и кислорода (γ) на поверхностях различных солей, приведенными в таблице (см. монографию А.Н. Баратов, А.П. Вогман. Огнетушащие порошковые составы. М.: Стройиздат, 1982, с. 66). Эти данные получены экспериментально методом электронного парамагнитного резонанса.
2
4
2
4
В качестве конкретных наиболее эффективными огнегасящими веществами, которые можно использовать в виде нанопорошка, являются соли щелочных металлов: сульфат калия (KSO) и сульфат цезия (CsSO), обладающие наибольшим значением коэффициентов рекомбинации атомарных частиц водорода и кислорода, являющихся активными центрами цепных реакций при горении.
Известен метод Дюфресса (http://www.dslib.net/pozharn-bezopasnost/optimalnve-harakteristiki-ognetushawih-poroshkov-i-parametry-ih-podachi-dlja.html), основанный на проверке огнетушащей эффективности порошков. Она определялась по минимальному количеству порошка, достаточному для одного тушения. Эксперименты, показали, что самыми эффективными оказались соединения калия, проверенные этим методом.
2
4
3
Пример применения нанодисперсного порошка минеральной соли цезия CSSO в комбинации с обычным порошком на основе минеральных солей щелочных металлов, например NaHCO приведен в способе порошкового пожаротушения (Патент RU, №2419471, кл. МПК А62С 2/10 (2006.01), опубл. 27.05.2011).
По определению, наночастицы должны иметь диаметр менее 100 нм. Почти половина нанопорошков имеет диаметр менее 30 нм. Девять процентов порошков, относящихся к группе «нано», имеют диаметр более 100 нм. Большинство производителей предлагают порошки диаметром от 5 до 100 нм. При определении цены не столь важен размер частиц, сколько важна чистота и однородность (http://nano-info.ru/post/439/ Нанопорошки. Назначение, свойства, производство).
Поэтому, по мнению автора, оптимальный размер частиц нанопорошка должен быть от 5 до 30 нм с учетом существующего уровня производства названных материалов. В дальнейшем с учетом развития производства нанопорошков следует переходить на применение нанопорошков размером частиц менее 5 нм.
-9
-6
Известно, что 1 нм = 10 м. Отсюда следует, что за счет более развитой поверхности нанодисперсного порошка по сравнению с частицами аэрозоля можно получить дополнительную гетерогенную рекомбинацию активных центров, ответственных за развитие процесса горения, а процесс ингибирования пожароопасной среды можно значительно ускорить. Ранее было установлено (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с., 310, 313), что основной вклад в огнетушащее действие аэрозоля вносит конденсированная фаза, размер частиц которой составляет около 10 м.
Вопросы разрушения эластичных полимерных оболочек были ранее изучены в (http://msd.com.ua/ximiya-i-texnologiya-lakokrasochnyx-pokrytij/povedenie-polimernyx-plenok-pri-mexanicheskom-vozdejstvii/ Поведение полимерных пленок при механическом воздействии), где отмечено, что по механическим свойствам полимерные материалы отличаются от низкомолекулярных кристаллических веществ (металлов, силикатов). Они имеют меньший модуль упругости (10-104 МПа против 10' МПа), менее прочны при сжатии, однако нередко выдерживают большие напряжения при растяжении и обладают несравненно более высокой деформируемостью. Последнее связано с рыхлостью упаковки и длинноцепочечным строением молекул полимеров. Вследствие больших размеров такие молекулы гибки и в процессе деформации образца способны изменять свою форму. Для полимеров свойственны три вида деформаций: упругая, высокоэластическая и остаточная (пластическая).
В зависимости от физического состояния полимера пленки в большей или меньшей степени проявляется тот или другой вид деформации. Поскольку в большинстве покрытий полимер находится в застеклованном (аморфном) или кристаллическом состоянии, характерным для них является проявление упругой и высокоэластической деформаций. Особенность полимеров в застеклованном состоянии - склонность их к большим обратимым деформациям, называемым вынужденно-эластическими, - проявляется и в свойствах покрытий. Эти деформации при больших нагрузках нередко достигают десятков и сотен процентов.
Известно (http://www.koros-plast.ru/stroenie-polimerov/deformatsiya-stekloobraznich-polimerov-i-yavlenie-vinuzhdennoy-elastichnosti), что для стеклообразного состояния характерна упругая деформация,:
σ=εD,
где ε - модуль упругости, (модуль Юнга);
σ - механическое напряжение (измеряется на динамометре);
D - относительная деформация (удлинение).
При больших напряжениях в определенном температурном интервале стеклообразные полимеры способны подвергаться значительным деформациям - до нескольких сотен процентов. Такие деформации близки по своей природе к высокоэластическим, поэтому они были названы высокоэластическими (А.П. Александров, 1944 г.), а само явление - явлением вынужденной эластичности.
В заявляемом способе разрушения оболочки капсулы с нанопорошком рабочим телом, перемещающим эластичную полимерную оболочку капсулы, являются нейтральные газы, вырабатываемые газогенерирующим зарядом, которые воздействуют на нанопорошок, оказывающий давление непосредственно на оболочку капсулы. Полимерная оболочка капсулы деформируется на локальном участке разрушения и перемещается навстречу средству разрушения до момента полного локального разрушения ее оболочки ножом, то есть разрушается полностью за один «проход».
Исходя из приведенных научных данных и исследованного уровня техники, связанных с практическим применением огнетушащих порошков, можно сделать следующие предположения.
1. Наиболее перспективным и универсальным огнетушащим средством, применяемым для ликвидации пожара на безопасном для человека расстоянии на автомобилях при температуре воздуха от +50°С до -60°С, являются огнетушащие порошки.
2. Используя огромную удельную поверхность нанопорошков, можно значительно повысить эффективность объемного пожаротушения за счет того, что нанопорошки самым активным образом влияют на процесс ингибирования химических реакций в зоне горения. При этом, чем меньше будет размер частиц нанопорошка, тем активнее будет происходить этот процесс.
3. Доставка нанопорошков непосредственно в очаг пожара с помощью газогенерирующего заряда позволяет исключить значительные необратимые разрушения элементов конструкции автомобиля, которые могут возникнуть при доставке порошкового вещества в виде нанопорошка с помощью энергии ударной волны в контролируемую зону.
При создании настоящего изобретения было учтено то, что возможности повышения огнетушащей способности порошковых огнегасящих средств далеко не исчерпаны. Как показывает анализ научной литературы (Сабинин Олег Юрьевич. Оптимальные характеристики огнетушащих порошков и параметры их подачи для импульсных модулей порошкового пожаротушения: диссертация кандидата технических наук: 05.26.03 / Сабинин Олег Юрьевич; [Место защиты: Акад. гос. противопожарной службы МЧС России]. - Москва, 2008. - 176 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/300), в настоящее время в достаточной степени не определены и научно не обоснованы требования к химическому и дисперсному составу огнетушащих порошков в зависимости от области их применения, в частности для использования их в импульсных порошковых модулях.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его реализации.
На фиг. 1 представлена схема монтажа устройства для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля в подкапотном пространстве легкового автомобиля (капот легкового автомобиля условно показан в открытом и поднятым вверх положении), на фиг. 2 - схема монтажа устройства для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля в зоне люка для заправки легкового автомобиля (люк для заправки легкового автомобиля условно открыт), на фиг. 3 - увеличенный вид заявляемого устройства (в плане), на фиг. 4 - вид заявляемого устройства (в разрезе) в дежурном режиме, на фиг. 5 - вид заявляемого устройства (в разрезе) в момент нахождения оболочки капсулы в зоне взаимодействия с ножом в конце процесса разрушения выпуклого деформированного участка эластичной полимерной оболочки капсулы в зоне разрушения последней, на фиг. 6. - увеличенный вид средства разрушения капсулы, выполненного в виде крестообразного ножа, на фиг. 7 - поперечный разрез устройства в месте фиксации капсулы эластичными лямками, на фиг. 8 - вид (в плане) места крепления лямок на наружной оболочке устройства, на фиг. 9 - вид заявляемого устройства (в разрезе) в момент подачи огнетушащего порошкового вещества, выполненного в виде нанопорошка, в контролируемую зону.
Заявляемый способ автоматической локальной пожарной защиты автомобиля, устройство для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля и способ разрушения эластичной полимерной оболочки с нанопорошком реализуются следующим образом.
При проектировании автомобиля определяют локальные пожароопасные зоны (фиг. 1 и фиг. 2).
С этой целью конструктор автомобиля 1 производит следующие действия (фиг 1 и фиг 2):
- находит оптимальные места размещения устройств 3, 4, 6, 7 и 9 для автоматической локальной пожарной защиты автомобиля 1 в условиях небольшого ограниченного пространства, например в подкапотном пространстве автомобиля 2 или в зоне 8 люка для заправки автомобиля;
- учитывает особенности конструкции автомобиля 1 с учетом нахождения различных агрегатов и устройств, например в зоне 5 подкапотного пространства 2 автомобиля 1 и усложненного рельефа поверхности очага горения;
- учитывает зоны повышенной не герметичности, где необходимый расход огнетушащего порошкового вещества для тушения очага горения будет отличаться от «спокойных» зон, в которых отсутствует постоянный газообмен с окружающей средой.
Для подачи в контролируемую зону огнетушащего порошкового вещества, выполненного в виде нанопорошка, заявляемым техническим решением предусмотрена установка в каждой локальной пожароопасной зоне автомобиля заявляемого устройства, которое реализует в своей работе способ разрушения эластичной полимерной оболочки капсулы с нанопорошком.
Устройство (фиг. 3 и 4) состоит из основания 10, на котором смонтирована оболочка 11, внутри которой размещена капсула 12 с порошковым веществом, выполненным в виде нанодисперсного порошка 13.
Средство фиксации капсулы 12 в оболочке 11 выполнено в виде удерживающих лямок 14 и 15.
Средство разрушения капсулы 12 выполнено в виде газогенерирующего заряда 16, к которому прикреплен инициирующий патрон 17, смонтированные в газовой камере 18 корпуса 19. Герметизация камеры 18 обеспечивается срезным диском 20, расположенным между прижимным кольцом 21 и разрядной головкой 22.
На корпусе 19 установлен дефлектор 23, выполненный в виде полого конуса с отверстиями 24, суммарная площадь которых меньше площади выходного отверстия 25 разрядной головки 22. Разрядная головка 22 и дефлектор 23 образуют промежуточную камеру 26.
Локальное средство разрушения капсулы 12 выполнено в виде ножа 27, изготовленного, например, крестообразным (фиг 6). Нож 27 смонтирован жестко на оболочке 11 перед распылительным насадком 28, соосно последнему.
Режущие кромки ножа 27 обращены в сторону участка 29 разрушения капсулы 12. Корпус 19 установлен на основании 10 соосно ножу 27.
Для запуска инициирующего патрона 17 к нему подведены клеммные выводы 30.
На распылительном насадке 28 установлена быстросъемная заглушка 31, предназначенная для защиты устройства от внешнего воздействия при его монтаже, и в дальнейшем при необходимости может быть демонтирована с насадка 28. В случае ее нахождения на насадке 28 в момент подачи огнетушащего порошкового вещества в контролируемую зону 34 названная заглушка 31 легко удаляется с насадка 28 (фиг. 9).
При монтаже капсулы 12 в оболочке 11 лямки 14, 15 фиксируются на наружной поверхности последней (вид Г, фиг. 8). Лямки 14 и 15 выполнены из эластичного материала, например из резины, что позволяет, в случае необходимости, изменять эластичность каждой лямки при монтаже путем их натяжения.
Устройство работает следующим образом.
После обнаружения локального очага загорания на автомобиле датчик (условно не показан), реагирующий на тепловой поток, запускает через блок управления (условно не показан) заявляемое устройство путем подачи на клеммные выводы 30 электрического сигнала. В результате этого производится запуск инициирующего патрона 17, который воспламеняет газогенерирующий заряд 16, при срабатывании которого образовавшиеся газы повышают давление в газовой камере 18 (фиг. 5). По достижении критического давления в камере 18 срезной диск 20 (условно на фиг. 5 не показан) разрушается и газы истекают в промежуточную камеру 26, а затем поступают в капсулу 12.
В дальнейшем капсула 12 на участке 29 деформируется и приобретает выпуклую форму. При воздействии инертных газов, выделяемых при срабатывании газогенерирующего заряда, лямки 14 и 15 с капсулой 12 на участке 29 перемещаются в сторону ножа 27. При этом выполняется условие:
2
1
а>а (1), где
1
1
а - расстояние от основания 10 до места фиксации капсулы 12 лямками 14 и 15 (в дежурном режиме). На фиг. 4 расстояние а до лямки 15 условно не показано;
2
2
а - расстояние от основания 10 до места фиксации капсулы 12 лямками 14 и 15 (в момент нахождения оболочки капсулы в зоне взаимодействия с ножом в конце процесса разрушения выпуклого деформированного участка эластичной полимерной оболочки капсулы в зоне разрушения последней). На фиг. 5 расстояние а до лямки 15 условно не показано.
После разрушения оболочки капсулы 12 ножом 27 на деформированном участке 29 ее лепестки 32 и 33 отгибаются по ходу перемещения нанопорошка 13, в результате чего названное огнетушащее порошковое вещество подается в контролируемую зону 34 (фиг. 9).
Действие нанопорошка 13 основано на ингибировании центров горения (замедлении реакции окисления), в частности на создании гетерогенной рекомбинации активных центров, ответственных за развитие процесса горения.
При высокой температуре пожара происходит быстрое разложение нанопорошка, в частности испарившихся частиц солей до атомов металла, которые ингибируют процесс горения (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Издание 2-е, переработанное. - М.: издательство «Химия», 1979, с. 114).
При создании настоящего изобретения было учтено то, что возможности повышения огнетушащей способности порошков далеко не исчерпаны. В частности, анализ современных теоретических представлений о механизмах порошкового пожаротушения показал большую перспективу применения порошков, выполненных в виде нанопорошка. Одним из путей этого применения является создание современных автоматических установок порошкового пожаротушения с использованием заявляемого технического решения.