Устройство импульсной подачи огнетушащего порошка
DEVICE FOR PULSED DELIVERY OF FIRE EXTINGUISHING POWDER

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к устройствам импульсной подачи огнетушащего порошка, и предназначено для дистанционного тушения крупномасштабных пожаров, преимущественно газовых и газонефтяных фонтанов.
Известен «Огнетушитель» (патент РФ №2026698, МПК А62С 13/00, опубл. 20.01.1995 г.), который предназначен для дистанционного тушения газовых и нефтяных фонтанов. Огнетушитель содержит огнетушащий порошок и заряд взрывчатого вещества. Корпус огнетушителя выполнен в виде двухступенчатой трубы переменного сечения, причем труба большего сечения, содержащая контейнер с порошком, через коническую часть переходит в трубу меньшего сечения, содержащую патрон с зарядом взрывчатого вещества. При этом труба меньшего сечения снабжена затвором, а снаружи на нее навинчен стопор и надеты амортизаторы.
К недостаткам, препятствующим его использованию, можно отнести недостаточную величину дистанции тушения очага пожара по отношению к месту размещения огнетушителя, при которой сохраняется допустимая эффективность тушения.
Нельзя потушить крупномасштабный пожар, если не приблизиться к очагу, но высокотемпературная зона вокруг очага и не позволяет это сделать, чтобы обеспечить тушение. При отсутствии эффективных средств для удаленного пожаротушения, как наблюдается в настоящее время, приходится ждать самовыгорания горючего фонтана.
Известна «Пожаротушащая установка» (патент РФ №2008048, МПК А62С 27/00, опубл. 28.02.1994 г.), предназначенная для тушения пожаров большой площади. Эта установка содержит пакет из пяти стволов, установленный на шасси, каждый ствол имеет индивидуальный амортизатор и соединен с системой автоматического регулированием временем подачи доз огнетушащего состава в очаг пожара. В каждом стволе вышибной заряд и огнетушащий состав заключены в герметичную оболочку из материала, разрушаемого под действием взрывной волны. Вышибной заряд и огнетушащий состав отдалены между собой и стенок оболочки посредством пыжей.
К недостаткам, препятствующим его использованию, также относится недостаточная величина дистанции от пожаротушащей установки до очага пожара при обеспечении надлежащей эффективности тушения.
Известен «Модуль порошкового пожаротушения» (патент РФ №2399395, МПК А62С 35/02, опубл. 20.09.2010 г.), модуль является универсальным и может быть использован как для тушения локальных очагов пожара, так и для пожаротушения в различных помещениях.
Модуль содержит корпус, в котором размещены огнетушащий порошок, газогенератор, газодинамически связанный через усеченный конус с аэратором, оснащенным отверстиями с вскрывающимися элементами. Элемент, определяющий течение газопорошковой смеси, представляет собой горловину, к которой посредством шайбы накидной гайкой, соединенной с пустотелым цилиндром, поджата самосрезающая мембрана. Корпус модуля оснащен установочными, взаимодействующими с отверстиями пластин, скрепленных с опорой кронштейна.
Недостатки известного устройства повторяют изложенные выше даже при объединении нескольких модулей с целью одновременного запуска.
Также известно «Устройство для тушения пожара» (патент РФ №952276, кл. А62С 37/28, опубл. 23.11.1980 г.), предназначенное для тушения газовых и нефтяных фонтанов и подавления горения жидких и твердых горючих материалов. Известное устройство содержит корпус с соплом и дефлектором, который образует в корпусе две полости. В одной полости размещен газогенерирующий заряд, а в другой - огнетушащий порошок и разделительная мембрана. При этом дефлектор выполнен в виде завихрителя, а мембрана установлена в полости корпуса за завихрителем по ходу истечения порошка. Полость с газогенерирующим зарядом составляет 10-50% от объема корпуса с огнетушащим порошком, а в качестве газогенерирующего заряда использован заряд с постоянной по времени горения поверхности.
Все вышеуказанные недостатки повторяются и при использовании данного устройства.
Эффективность тушения обеспечивается на расстоянии не более 5 метров.
То есть, такая дистанция от очага пожара до средства пожаротушения не обеспечивает возможность эффективного тушения.
По совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату наиболее близким патентом к заявленному техническому решению является патент №952276, который и выбран в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение эффективности тушения устройством на удалении до 30 метров от крупномасштабного очага пожара.
При использовании предлагаемого устройства обеспечивается достижение следующего технического результата:
- эффективность тушения крупномасштабных очагов пожара на расстоянии до 30 м;
- возможность использования тонкодисперсного огнетушащего порошка до 20 мкм, который является отходом при диспергировании известных порошковых составов, выпускаемых в промышленном масштабе.
Предлагаемое устройство импульсной подачи огнетушащего порошка иллюстрируется чертежом. На фиг. 1 изображено устройство в разрезе.
Предлагаемое изобретение включает расположенные в осевом направлении газогенерирующую камеру - 1, корпус в виде ствола - 2 и цилиндрическую насадку - 3. Разрывная мембрана - 4 установлена на стыке ствола и насадки, например через болтовое фланцевое соединение -15 (но возможно использовать и быстроразъемные соединения - БРС). В наружном торце камеры (1) установлен газогенератор - 5 с возможностью электрозапуска, а противоположный торец камеры (1) стыкуется с корпусом -стволом (2,) например, также через болтовое фланцевое соединение (или через БРС). Огнетушащий порошок - 6 размещен в стволе (2). Между стволом (2) и торцом камеры (1) установлена изолирующая перегородка - 7 с перфорацией - 8. Внутри ствола (2) коаксиально размещен полый трубчатый стакан - 9, один конец которого заканчивается раструбом - 10, соединенным (например, сваркой, или резьбовым соединением, или иным способом) с изолирующей перегородкой (7) по периметру центрального отверстия - 11, выполненному под размер раструба (10). По всей поверхности полого трубчатого стакана (9), включая его торец, выполнены отверстия - 12, обеспечивающие возможность прохождения газообразных продуктов сгорания из камеры (1) и создания в стволе (2) рабочего давления выброса порошка (6). Длина трубчатого стакана (9) меньше длины ствола (2), при этом на свободном конце трубчатого стакана (9) установлена разделительная перегородка - 13, перекрывающая плоскость сечения ствола (2) для ограничения возможности растекания порошка (6), и при этом обеспечивающая формирование накопительной форкамеры - 14 в полости ствола(2) непосредственно перед мембраной (4). Болтовое фланцевое соединение - 15. Для протяженного по длине полого трубчатого стакана дополнительно могут быть установлены опоры 16, например, в виде приваренных полосок листового материала, не оказывающих сопротивления при движении порошка во время его выброса.
Дополнительно устройство может быть снабжено щелевидной насадкой, установленной на цилиндрическую насадку (3), и предназначенной для тушения факела, распространяющегося в вертикальной или горизонтальной плоскости (на чертеже не показано).
Также дополнительно устройство может быть снабжено поворотной насадкой, аналогично установленной на цилиндрическую насадку (3) - на чертеже не показано. Поворотная насадка применяется для тушения пожара при высоком отрыве пламени от устья скважины (20 метров и более) и подает струю порошка вертикально вверх.
В качестве порошка можно использовать любой известный огнетушащий порошок, например: Вексон-АВС 50, Вексон-АВС 70 Модуль, Финфайер АBСЕ. Предпочтительно - с дисперсностью 20-100 мкм, что положительно влияет на эффективность тушения.
Сборку устройства осуществляют традиционным способом, поочередно сваривая или соединяя узлы и детали(например, с использованием фланцевого соединения 15), расположенные в осевом направлении, до начала установки разрывной мембраны 4 и цилиндрической насадки 3. Все отверстия (перфорация 8 и отверстия 12) заклеивают клейкой лентой или закрывают, например полиэтиленовой пленкой. Всю собранную конструкцию устанавливают наклонно под углом 25-30 градусов и внутрь ствола засыпают огнетушащий порошок 6, примерно до уровня свободного конца трубчатого стакана 9, затем вставляют разделительную перегородку 13, слегка придавливая (уплотняя) порошок 6. После этого монтируют разрывную мембрану 4 и цилиндрическую насадку 3. После этого устройство готово к работе.
При подаче электрического импульса на генератор (5), размещенный в газогенерирующей камере (1), образуются пороховые газы, которые через центральное отверстие 11 разделительной перегородки 7 (с временно закрытой перфорацией 8) свободно перетекают сквозь раструб 10 в трубчатый стакан 9. Стакан 9 (с временно закрытыми отверстиями 12) размещен в полости ствола 2, который заполнен порошком 6. Пороховые газы проходят в трубчатый стакан 9, вскрывают отверстия 12, выходят через них и аэрируют порошок 6. Одновременно с этим пороховые газы проходят через торцевое отверстие 12 трубчатого стакана 9 и попадают в накопительную форкамеру 14. Здесь и создается рабочее давление продуктов сгорания, определяющее давление выброса порошка. При достижении определенного давления (примерно 16 атм) вскрывается мембрана 4 и вылетает наружу через насадку 3. Следом движутся пороховые газы и затем - огнетушащий порошок 6 из ствола 2 через насадку 3, которая формирует струю порошка.
Большая протяженность трубчатого стакана 9 в стволе 2 может потребовать установки опор 16.
Совокупность существенных признаков предлагаемого устройства при использовании обеспечивает при срабатывании оптимальные условия аэродинамики полета струи порошка, что в первую очередь и обуславливает достижение указанного технического результата.
Проведены испытания на проверку работоспособности образцов предлагаемого устройства импульсной подачи огнетушащего порошка (условное название пиротехническая порошковая пушка).
Цель испытаний - определение основных характеристик:
- времени и дальности подачи огнетушащего порошка,
- геометрических параметров струи порошка.
- проверка эффективности тушения факела пламени газовых фонтанов.
Методика проведения испытаний.
Для испытаний изготовлено предлагаемое устройство, соответствующее всем признакам, изложенным в формуле изобретения. Общее количество огнетушащего порошка при перезарядке в каждом испытании - 120 кг. Устройство заряжалось соответствующим огнетушащим порошком: №1 образец - Вексон АВС-50 ТУ 2149-028-10968286-97, №2 образец - Финфайер АBСЕ ТУ 2149-001-71208572-14 и №3 образец - смесь огнетушащего порошка Финфайер АВСЕ ТУ 2149-001-71208572-14 и Вексон АВС-50 ТУ 2149-028-10968286-97 (отходы из фильтров вытяжки, по гранулометрическому составу) в соотношении 1:1. В образце №3 порошок засыпался попеременно слоями, порциями по 20 кг.
Для имитации газового фонтана использовался газовоз с трубопроводом 40-50 метров длиной и отводом газа вверх. Испытания проводились в безветренную погоду. Регулировку дебета фонтана осуществляли до величины 35 куб.м газа в секунду.
В качестве газогенерирующих элементов были использованы ГГУ-135. Запуск предлагаемых устройств проводился от автомобильного аккумулятора. Каждое устройство («пушка») устанавливалось на бетонных плитах и закреплялось при помощи металлических стержней. Угол наклона ствола пушки к горизонту - 2° вверх, расстояние от среза ствола до устья факела пламени, по каждому образцу - 10 м, 20 м и 30 м соответственно. Время свободного горения очагов перед запуском составило 15 сек. После чего осуществляют запуск устройства. При достижении в фор-камере давления 15-16 атм, мембрана разрушается, вылетает из ствола через насадку, формирующую струю порошка, который выбрасывается в устье факела. Конвективные потоки подхватывают порошковую струю, засасывая ее в факел пламени, и пожар гаснет. Применялась мембрана из латуни ЛС59-1 толщиной 0,7 мм с круговой канавкой. Процесс проведения испытаний фиксировался видеосъемкой.
Время тушения составило менее 2 с.
В основу системы тушения факела пламени газового или газонефтяного фонтана положен механизм тушения порошковыми средствами, включающий отрыв факела пламени от устья и последующего его тушения.
Результат испытаний.
Все образцы сработали. Повреждений, недопустимых деформаций и разрушений после срабатывания обнаружено не было. Крепления выдержали нагрузку: сдвига и перемещений основания пушки не замечено. Все газогенераторы ГГУ-135 сработали, заброса давления в газогенерирующие камеры не замечено. Вскрытие мембран произошло при давлении в 16 атмосфер. Мембраны вскрылись полностью. Очаги возгорания потушены все.
На основании данных видеосъемки:
- время выхода порошка от момента запуска составило 1,5-1,9 с.
- порошковая струя примерно через 0,1 с приобретает форму конуса.
- площадь сечения струи порошка по ее длине в 25-30 м составляет примерно 10-12 кв.м.
- удельный расход порошка, участвовавшего в процессе тушения пламени, составил примерно 1 кг на кубический метр горючего газа за 1 секунду.
Вначале струей порошка пламя отрывается вверх. Горючий газ фонтана захватывает (засасывает) воздух, что только усиливает горение. В нашем случае воздух содержит мелкодисперсный огнетушащий порошок, который вместе с воздухом засасывается горючим газом, что и позволяет подавить очаг горения над устьем фонтана фонтана. Дисперсность порошка от 20 до 100 мк является предпочтительной при тушении горючих фонтанов, при этом достигается максимально эффективный результат тушения.
В полевых условиях предпочтительнее использовать вместо фланцевого соединения быстроразъемные, что значительно сокращает время перезарядки устройства.
Испытания предлагаемого устройства, снабженного дополнительной щелевой насадкой, показали возможность тушения, кроме газовых и газонефтяных фонтанов в вертикальной или горизонтальной плоскости, еще и розливы нефти и конденсата площадью до 40 кв.м.
А использование в качестве дополнительной насадки – поворотной (загнутой вверх) обеспечивает сокращение времени тушения за счет почти параллельной подачи порошковой струи к оси (почти соосно) газового фонтана, что особенно эффективно при высоком отрыве пламени от устья скважины.
При неблагоприятных погодных условиях целесообразно задействовать несколько устройств, расположенных на расстоянии до 30 м от очага и обязательно с учетом направления ветра. При этом предлагаемые устройства при запуске двух и более «пушек» обеспечивают залповое срабатывание с одновременным выбросом порошка.
Также следует предусмотреть возможность быстрой перезарядки устройств огнетушащим порошком.
В настоящее время не известно другое устройство, в том числе и устройство по прототипу, способное осуществлять тушение сложных пожаров фонтанирующего газа и нефти на удаленном расстоянии (до 30 метров от очага), являющегося достаточно безопасным для людей и техники