УСТРОЙСТВО ГАЗОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ
DEVICE OF GAS FIRE-EXTINGUISHING

Изобретение относится к низкотемпературным твердотопливным устройствам, генерирующим инертную смесь газов и паров воды при сгорании твердого химического топлива, и может быть использовано как самостоятельное устройство для тушения пожаров в замкнутых объемах, а также при изготовлении других устройств, использующих инертный низкотемпературный газ и воду в парообразном состоянии, для приведения в работу различных силовых приводов и для других целей.
Из уровня техники известны устройства газового пожаротушения, содержащие источник огнетушащего газа (патенты РФ №2359722, опубл. 27.06.2009 г., 2370293, опубл.20.10.2009 г., 2390360, опубл. 27.05.2010 г., 2405607, опубл. 10.12.2010 г., 2407572, опубл. 27.12.2010 г.). Общими недостатками известных устройств является наличие резервуара с газом, находящимся под высоким, порядка 15 МПа, давлением или сжиженным, приводящее к повышению габаритно-массовых характеристик и усложнению обслуживания, снижению надежности и безопасности при эксплуатации. При этом известные технические решения могут предусматривать в своей компоновке конструктивные элементы для вытеснения огнетушащего газа. Данные устройства имеют узкую функциональную направленность - пожаротушение (продекларированную в описаниях к патентам), возможность их использования для изготовления устройств, предназначенных для приведения в действие различных силовых приводов даже не рассматривается. Таким образом, известные устройства газового пожаротушения имеют ограничения по эксплуатационным возможностям и удобствам.
Известно устройство для получения инертного газа (патент РФ на изобретение №2069001, опубл. 20.11.1996 г.), содержащее цилиндрический корпус с крышкой с одной стороны и отверстием для выхода газов, с другой, капсюль-воспламенитель, воспламенитель, заряд газопроницаемого твердого химического топлива, газоохладитель-фильтр, металлическую сетку и опорную перфорированную решетку.
Недостатками известного устройства являются высокое давление внутри корпуса во время работы, высокая температура корпуса, на уровне 300-350°С, применение зарядов топлива на основе азидов и тетразолятов щелочных или щелочноземельных металлов, которые являются дорогостоящими и токсичными компонентами. Кроме того, из-за высокой температуры корпуса данное устройство в том виде, как оно есть, невозможно использовать в качестве устройства газового пожаротушения, в условиях, где в воздухе присутствует пыль (шахты, мукомольное производство и т.п.). Т.е. указанные недостатки накладывают ограничения на эксплуатационные возможности известной конструкции, ее надежность и безопасность.
Известен газогенератор, принятый за прототип (патент РФ на полезную модель №87356, опубл. 10.10.2009 г.), содержащий воспламенитель, заряд из безазидного газогенерирующего состава на основе смеси нитрата калия и нитрата аммония с центральным глухим каналом, в котором размещена навеска воспламенительного состава, размещенные в цилиндрическом корпусе с герметично скрепленной с ним крышкой, фильтр-охладитель, выполненный из прессованного или гранулированного бикарбоната натрия.
2
Данный газогенератор хотя и реализует достаточно низкую температуру газообразных продуктов сгорания (150°С) на выходе из него, но в них присутствует большое содержание горючих газов и конденсированных частиц. При этом температура корпуса газогенератора находится на уровне 230-250°С. Конструктивное выполнение устройства и соотношение компонентов газогенерирующего состава направлено на получение наибольшего объема легких газов (Н и СО). Кроме того, используемая теплоизолирующая вставка подвержена горению, продукты ее термического разложения появляются на выходе из устройства. Как следствие, данное устройство в том виде, как оно есть, невозможно использовать в качестве устройства газового пожаротушения вообще и, особенно, в условиях высокого содержания пыли в воздухе. То есть данное устройство имеет ограничения по безопасности (горючие газы) и эксплуатационным возможностям: может использоваться для изготовления устройств, предназначенных для приведения в действие различных силовых приводов и для других целей, а также при пожаротушении, но только в качестве устройства, вытесняющего пожаротушащее вещество (например, порошок), а не в качестве огнетушащего средства.
Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств газового пожаротушения, создание компактного устройства, характеризующегося расширенными эксплуатационными возможностями за счет создания условий по достижению сбалансированности температуры его корпуса и газа на выходе из устройства, приемлемых для использования по прямому назначению, с такой важной характеристикой, как состав пожаротушащего газа, содержащего только азот, углекислый газ и пары воды при отсутствии в нем конденсированных частиц и горючих газов при одновременном обеспечении безопасности устройства в процессе его хранения и использования даже в условиях с высоким содержанием пыли в воздухе.
Поставленная задача решается устройством газового пожаротушения, содержащим воспламенитель, заряд из безазидного газогенерирующего состава на основе смеси нитрата калия и нитрата аммония с центральным глухим каналом, в котором размещена навеска воспламенительного состава, размещенные в цилиндрическом корпусе с герметично скрепленной с ним крышкой, фильтр-охладитель, выполненный из таблетированного или гранулированного бикарбоната натрия. Особенность заключается в том, что крышка закреплена в торце цилиндрического корпуса устройства, противоположного дну с отверстием для выхода пожаротушащего газа, заряд выполнен в виде моноблока или, по меньшей мере, двух шашек, корпус заряда оснащен отверстиями, размещенными рядами по его боковой поверхности равномерно по его высоте и перекрытыми вскрывающимися элементами, а его дно выполнено заглушенным, при этом устройство со стороны дна оснащено фильтром-сепаратором, отделенным от фильтра-охладителя металлической сеткой, установленным в корпусе устройства с зазором, и выполненным из гофрированной фильтровальной бумаги, свернутой в цилиндр, внутренняя и наружная боковые поверхности которого оснащены металлическими сетками, а торцы снабжены верхней глухой и нижней с центральным отверстием металлическими крышками, причем сетка, ограничивающая фильтр-сепаратор по наружной боковой поверхности, оклеена газопроницаемой тканью, после фильтра-сепаратора установлен диск, выполненный в центральной части с утонением или с отверстием, перекрытым вскрывающимся элементом, поджатый при помощи шайбы накидной гайкой к горловине дна корпуса устройства, при этом фильтр-охладитель размещен с заполнением всего свободного внутреннего объема корпуса устройства, а соотношение между компонентами газогенерирующего состава заряда выбирают обеспечивающее близкий к нулевому кислородный баланс.
В частности, для исключения нестабильности горения заряда в первоначальный момент работы устройства, между крышкой и верхней шашкой заряда установлена металлическая втулка с перфорированной боковой поверхностью.
В частности, в соответствии с существующей потребностью заглушенное дно корпуса заряда выполнено прямым с установленной на него демпфирующей прокладкой или конусообразным, проходное сечение которого меньшего диаметра снабжено герметично установленной заглушкой и вставкой, поддерживающей опорную решетку, перекрывающую проходное сечение большего диаметра.
В частности, вскрывающиеся элементы выполнены из липкой пленки, или резины, или бумаги.
Проведенный анализ уровня техники показывает, что предлагаемое устройство газового пожаротушения, сохраняя достоинства прототипа в части компонентного состава заряда и использования активного охладителя, при тепловом воздействии разлагающегося с поглощением тепла и выделением углекислого газа и воды (дополнительная функция по газообразованию), отличается от ближайшего аналога возможностью варьирования конструкцией заряда - моноблок или набор шашек, в зависимости от длины корпуса заряда (в прототипе - только моноблок); наличием обусловленности соотношения компонентов заряда; наличием перфорации на корпусе заряда; иным расположением фильтра-охладителя - окружает корпус заряда (в прототипе - размещен последовательно с зарядом в его корпусе); наличием фильтра-сепаратора, окончательно очищающего газообразные продукты от твердых продуктов разложения газогенерирующего состава и фильтра-охладителя и одновременно концентрирующего поток пожаротушащего газа; расширенным набором функций, реализуемых генерируемым газом - вытесняющая и пожаротушащая на выходе из устройства (в прототипе только вытесняющая).
Кроме того, соотношение компонентов заряда по прототипу, по определению, должно быть таким, чтобы максимально снизить содержание паров воды в продуктах сгорания, так как их присутствие не лучшим образом сказывается на состоянии порошка, который вытесняют из модуля порошкового пожаротушения при помощи газогенератора. В заявляемой конструкции устройства газового пожаротушения пары воды только способствуют достижению наилучшего функционального результата.
Именно совокупность отличительных от прототипа признаков заявляемого решения с остальными существенными признаками позволила достичь вышеуказанный технический результат, который невозможно получить при реализации прототипа, и решить поставленную задачу.
Предлагаемое устройство газового пожаротушения иллюстрируется графическим изображением:
Чертеж - продольный разрез устройства.
Устройство газового пожаротушения содержит корпус 1, расположенный внутри него и оснащенный собственным корпусом 2 заряд газогенерирующего состава, выполненный, например, в виде двух шашек 3. Корпус 2 заряда (выполненный, например, из жести) оснащен отверстиями, перекрытыми вскрывающимися элементами 4, и соединен с крышкой 5. Крышка 5 закреплена в торце 6 корпуса 1 устройства с помощью гайки 7, накрученной на хвостовик крышки 5. В верхней из шашек 3 со стороны крышки 5 выполнен глухой цилиндрический канал 8, в котором размещена навеска воспламенителя 9. В крышке 5 закреплен инициирующий элемент 10. В частности, между крышкой 4 и верхней из шашек 3 может быть установлена металлическая втулка 11, имеющая ряд отверстий на боковой поверхности и предназначенная обеспечивать отток газов в начальный момент горения газогенерирующего состава. Весь свободный объем корпуса 1 устройства заполняют навеской фильтра-охладителя 12 и таким образом обеспечивают непосредственный контакт охладителя со всей боковой поверхностью и дном корпуса 2 заряда и препятствуют недопустимому нагреванию корпуса 1 устройства. При снаряжении устройства на фильтр-охладитель 12 укладывают металлическую сетку 13 и фильтр-сепаратор 14, состоящий из свернутой в цилиндр гофрированной фильтровальной бумаги 15, наружная и внутренняя боковые поверхности которого ограничены металлическими сетками 16 и 17, а торцы снабжены верхней глухой и нижней с центральным отверстием металлическими крышками 18 и 19 соответственно. Сетка 16 оклеена газопроницаемой тканью 20. После фильтра-сепаратора 14 установлен диск 21, выполненный в центральной части с утонением или с отверстием, перекрытым вскрывающимся элементом 22. Диск 21 поджат при помощи шайбы 23 накидной гайкой 24 к горловине 25 дна корпуса 1 устройства. На чертеже приведен частный случай выполнения заглушенного дна корпуса 2 заряда конусообразным, проходное сечение которого меньшего диаметра снабжено герметично установленной заглушкой 26, вставкой 27, поддерживающей опорную решетку 28, перекрывающую проходное сечение большего диаметра. Кроме того, корпус 1 устройства оснащен кронштейном 29 для крепления устройства на опорной поверхности.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
При подаче команды на инициирующий элемент 10 зажигается навеска воспламенителя 9, которая, в свою очередь, воспламеняет шашки 3 газогенерирующего состава. Газообразные и конденсированные продукты разложения газогенерирующего состава оттекают с поверхности горения к отверстиям в корпусе 2 заряда, вскрывают элементы 4 и попадают в фильтр-охладитель 12. Проходя через фильтр-охладитель 12, газы остывают, отдавая тепло на разложение его материала (с выделением углекислого газа и паров воды), обеспечивающее дополнительный газоприход. В фильтре-охладителе 12 частично задерживаются конденсированные продукты разложения газогенерирующего состава. Газы, содержащие пары воды и минимизированное количество конденсированных продуктов сгорания шашек 3 заряда, попадают на фильтр-сепаратор 14, где происходит их окончательная очистка от твердых примесей. Пройдя через гофрированную фильтровальную бумагу, свернутую в цилиндр, газы и пары воды концентрируются в его внутреннем объеме и сформированным высокоскоростным потоком устремляются к диску, образуя в нем проход (вскрывая имеющееся в нем утонение или элемент 22), выбрасываются в защищаемый устройством объем.
Конструкция устройства газового пожаротушения прошла все этапы в процессе всесторонней отработки с проведением комплекса испытаний с наработкой необходимого статистического материала, позволяющего гарантировать безопасную, стабильную и надежную работоспособность.
3
Проведенные испытания по тушению очагов загорания показали, что заявляемое устройство газового пожаротушения, в частности, снаряженное газогенерирующим составом массой 240 г (две шашки по 120 г каждая) с соотношением между его компонентами, обеспечивающим близкий к нулевому кислородный баланс, фильтром-охладителем массой 550 г, навеской воспламенителя (дымный порох) массой 0,45 г, обеспечивает уверенное подавление пламени в объеме 1 м. Устройством предлагаемой конструкции было выпущено в защищаемый объем около 300 л смеси инертных газов и паров воды при температуре около 150°С, температуре корпуса около 180°С и давлении внутри него на уровне 1 МПа.
Таким образом, предлагаемая конструкция практически реализуема, позволяет удовлетворить давно существующую потребность в решении поставленной задачи.