Способ приведения в действие огнетушителя (варианты) и устройство для его осуществления (варианты)
METHOD OF FIRE EXTINGUISHER ACTIVATION (VERSIONS) AND DEVICE FOR ITS REALISATION (VERSIONS)

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к жидкостному и порошковому пожаротушению, применяемому как при объемном, так и при поверхностном тушении в автоматических и автономных системах пожаротушения.
Заявляемые способ и устройство предназначены для использования в обычном порошковом огнетушителе для подачи при пожаре в контролируемую зону огнетушащих жидкостей или порошка.
Известно (Огнетушитель - Википедия.mht), что огнетушитель - переносное или передвижное устройство для тушения очагов пожара за счет выпуска запасенного огнетушащего вещества. Ручной огнетушитель обычно представляет собой цилиндрический баллон красного цвета с соплом или трубкой. При введении огнетушителя в действие из его сопла под большим давлением начинает выходить вещество, способное потушить огонь. Таким веществом может быть пена, вода, какое-либо химическое соединение в виде порошка, а также диоксид углерода, азот и другие химически инертные газы.
Известны спринклерные устройства (Авторское свидетельство СССР №1839803, МПК А62С 37/08, опубл. 27.07.2005; Авторское свидетельство СССР №1839805, МПК А62С 37/08, опубл. 27.07.2005; Авторское свидетельство СССР №1839810, МПК А62С 37/08, опубл. 27.07.2005; Авторское свидетельство СССР №1839813, МПК А62С 37/08, опубл. 20.07.2005), в которых упорный элемент выполнен из хрупкого материала, например из стекла. Разрушение упорного элемента при пожаре осуществляется термочувствительным элементом, выполненным из материала, обладающего эффектом памяти формы.
Однако эти устройства не обладают таким быстродействием, как заявляемое техническое решение.
Известны спринклерные устройства (Авторское свидетельство СССР №1839821, МПК А62С 37/08, опубл. 20.07.2005, Авторское свидетельство СССР №1839825, МПК А62С 37/08, опубл. 20.07.2005, Патент Российской Федерации №22203706, кл. А62С 2/00, A62D 1/00, опубл. 20.11.2009), в которых упорный элемент выполнен из хрупкого материала, например из стекла. Разрушение упорного элемента при пожаре осуществляется ударным способом.
Однако отмеченные устройства не обладают таким быстродействием как заявляемое техническое решение.
Известен спринклерный ороситель (Свидетельство Российской Федерации на полезную модель №18931, МПК А62С 37/12, опубл. 10.08.2001), содержащий корпус со штуцером, распылительную розетку, тепловой замок, выполненный в виде стеклянной колбы с легкокипящей жидкостью, и запорный клапан, состоящий из крышки и компенсатора. В устройстве дополнительно предусмотрена пружина сброса крышки запорного клапана, закрепленная за дужки корпуса и огибающая с одной стороны крышку.
Благодаря такому конструктивному решению пружина при освобождении срабатывает как сбрасыватель и устраняет зависание элементов запорного клапана.
Однако в этом устройстве на предусмотрены меры по интенсификации процесса разрушения стеклянной колбы теплового замка.
Известен способ зарядки самосрабатывающего огнетушителя (Патент Российской Федерации №2372953, кл. А62С 2/00, A62D 1/00, опубл. 20.11.2009), который осуществляют путем послойного засыпания огнетушащего порошка и газообразующего агента, причем газообразующий агент размещают между слоями огнетушащего порошка, дополнительного раздельного уплотнения каждого слоя и последующей герметизации сосуда. Данное устройство является автономным и срабатывает непосредственно от очага пожара без участия человека при разрыве стеклянного сосуда после нагрева до определенной температуры.
Однако устройство, реализующее данный способ, обладает высокой инерционностью срабатывания и низкой эффективностью подавления огня.
Известен термочувствительный спринклер (Патент Российской Федерации №2339419, МПК А62С 37/08 (2006.01), опубл. 27.11.2008), имеющий ампулу, при этом ампула содержит: корпус, в котором имеется пустое пространство; способную расширяться текучую среду, содержащуюся в пустом пространстве, и электронагревательную спираль, предназначенную для нагрева способной расширяться текучей среды. Электронагревательная спираль содержит первую электронагревательную спираль, образованную из первого проводника, и вторую электронагревательную спираль, образованную из второго проводника, при этом первая и вторая электронагревательные спирали прикреплены друг к другу, в результате чего создается элемент для измерения температуры.
Однако в этом устройстве на предусмотрены меры по интенсификации процесса разрушения ампулы с текучей средой, способной расширяться при нагреве последней.
Известен спринклерный ороситель с управляемым пуском (Патент Российской Федерации №2379080, МПК А62С 37/08 (2006.01), А62С 35/10 (2006.01), опубл. 20.01.2010), принятый за прототип заявляемого технического решения.
Устройство содержит корпус, в котором размещен прижатый через уплотняющую дисковую пружину запорный клапан, терморазрушающийся чувствительный элемент, соединенный с термонагревательным элементом, с выводами для связи с управляющим источником питания, снабжен нормально-замкнутой контактной группой, связанной с выводами термонагревательного элемента.
Работает спринклерный ороситель следующим образом. В дежурном режиме по электрической цепи оросителя протекает ток, недостаточный для разогрева нагревательного элемента, обеспечивающего терморазрушение чувствительного элемента для открытия выходного отверстия оросителя. Этот ток используется для контроля целостности цепи управления и, соответственно, индикации состояния оросителя (открыт/закрыт).
При возникновении пожара и последующем тепловом воздействии на ороситель происходит разрушение чувствительного элемента. Так как чувствительный элемент является устройством, фиксирующим запорный клапан оросителя, то под воздействием давления воды/воздуха в спринклерной системе и усилия уплотняющей дисковой пружины происходит выталкивание запорного клапана вместе с конусной чашкой, что приводит к открытию выходного отверстия оросителя и одновременно размыканию контактной группы управляющей цепи, в результате чего обеспечивается возможность контроля срабатывания оросителя.
Дополнительно к вышеуказанному варианту возможен принудительный способ вскрытия оросителя до момента разрушения чувствительного элемента от воздействия пожара. В случае более раннего обнаружения возгорания (средствами автоматической пожарной сигнализации, визуально и т.д.) возможно осуществление вскрытия оросителя путем подачи через управляющую цепь тока, существенно превышающего ток в дежурном режиме, способного разогреть нагревательный элемент до значений, позволяющих разрушить чувствительный элемент и открыть выходное отверстие оросителя для подачи огнетушащего вещества и проконтролировать срабатывание оросителя при размыкании контактной группы.
Однако в этом устройстве также не предусмотрены меры по интенсификации процесса разрушения чувствительного элемента.
Задача настоящего изобретения - повысить эффективность процесса разрушения термочувствительного элемента в устройстве для приведения в действие огнетушителя за счет применения нового способа его разрушения.
Сущность заявляемого способа (вариант по пункту 1 формулы изобретения) заключается в том, что в способе приведения в действие огнетушителя, включающем в себя стадии конфигурирования средства термического разрушения термочувствительного элемента из стекла и создания зоны его разрушения при приложении электрического импульса после обнаружения очага пожара, термического разрушения последнего и пропуска огнетушащего вещества для подачи его в очаг пожара, на стадии конфигурирования средства термического разрушения термочувствительного элемента и создания зоны его разрушения вокруг термочувствительного элемента формируют ограниченный объем, который заполняют пиротехническим веществом, инициируют после приложения электрического импульса его воспламенение, производят интенсивный нагрев термочувствительного элемента в зоне его разрушения, и разрушение названного элемента при достижении температуры стадии начала размягчения стекла за счет интенсивного выделения тепла при горении пиротехнического вещества.
Сущность заявляемого способа (вариант по пункту 2 формулы изобретения) заключается в том, что в способе приведения в действие огнетушителя, включающем в себя стадии конфигурирования средства термического разрушения термочувствительного элемента из стекла и создания зоны его разрушения при приложении электрического импульса после обнаружения очага пожара, термического разрушения последнего, заполнение внутреннего объема термочувствительного элемента веществом, и пропуска огнетушащего вещества для подачи его на очаг пожара, на стадии конфигурирования средства термического разрушения термочувствительного элемента и создания зоны его разрушения вокруг термочувствительного элемента формируют ограниченный объем, который заполняют пиротехническим веществом, инициируют после приложения электрического импульса его воспламенение, производят интенсивный нагрев наружной поверхности термочувствительного элемента в зоне его разрушения, создают дополнительные условия по снижению термической устойчивости термочувствительного элемента за счет заполнения его внутреннего объема веществом, обладающим значительной теплоемкостью, например водой, и производящим охлаждение стенок внутреннего объема термочувствительного элемента при одновременном нагреве его наружной поверхности.
Сущность заявляемого устройства (вариант по пункту 3 формулы изобретения) заключается в том, что в устройстве для приведения в действие огнетушителя, содержащем корпус с отверстием для пропуска огнетушащего вещества, в котором размещен прижатый через уплотняющую дисковую пружину запорный клапан, термочувствительный элемент, выполненный из стекла, и средство термического разрушения названного элемента, термочувствительный элемент выполнен в виде стержня, вокруг которого смонтировано средство его термического разрушения, ограниченный объем которого выполнен в виде тороидального кольца, закрепленного на боковой поверхности названного элемента в зоне его термического разрушения, а названное кольцо заполнено пиротехническим веществом, выполненным в виде насыпной порошковой пиротехнической смеси, заключенной герметично в кольцо.
Сущность заявляемого устройства (вариант по пункту 4 формулы изобретения) заключается в том, что в устройстве для приведения в действие огнетушителя, содержащем корпус с отверстием для пропуска огнетушащего вещества, в котором размещен прижатый через уплотняющую дисковую пружину запорный клапан, термочувствительный элемент, выполненный в виде стеклянной колбы, заполненной веществом, и средство термического разрушения названного элемента, ограниченный объем средства термического разрушения термочувствительного элемента выполнен в виде тороидального кольца, закрепленного на боковой поверхности названного элемента в зоне его термического разрушения, а названное кольцо заполнено пиротехническим веществом, выполненным в виде насыпной порошковой пиротехнической смеси, заключенной герметично в кольцо, при этом внутренний объем стеклянной колбы заполнен веществом, обладающим значительной теплоемкостью, например водой.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом приведения в действие огнетушителя (согласно варианту способа по пункту 1 формулы изобретения), обуславливается следующим.
Формирование в зоне разрушения вокруг термочувствительного элемента ограниченного объема и заполнение его пиротехническим веществом позволяет осуществить интенсивный нагрев термочувствительного элемента в зоне его разрушения после обнаружения очага пожара в контролируемой зоне.
Разрушение названного элемента при достижении температуры стадии начала размягчения стекла за счет интенсивного выделения тепла при горении пиротехнического вещества позволяет применить новый способ термического разрушения термочувствительного элемента, изготовленного из хрупкого материала, например стекла.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом приведения в действие огнетушителя (согласно варианту способа по пункту 2 формулы изобретения), обуславливается следующим.
Создание эффективной зоны разрушения термочувствительного элемента за счет его интенсивного нагрева, возникающего при горении насыпной порошковой пиротехнической смеси, позволяет значительно уменьшить время разрушения термочувствительного элемента, выполненного из стекла.
Заполнение внутреннего объема термочувствительного элемента веществом, обладающим значительной теплоемкостью, например водой, позволяет увеличить разницу температур между нагретой наружной и внутренней поверхностями стеклянной колбы за счет интенсивного выделения тепла при горении пиротехнического вещества на наружной поверхности и охлаждения водой внутренней поверхность названной колбы. Это позволяет создать дополнительные условия по снижению термической устойчивости термочувствительного элемента.
Технический эффект, реализуемый заявляемым устройством приведения в действие огнетушителя (согласно варианту устройства по пункту 3 формулы изобретения), обуславливается следующим.
Исполнение термочувствительного элемента в виде стержня позволяет оптимизировать процесс размягчения стекла (из которого изготовлен термочувствительный элемент) до температуры начала размягчения. При этом стекло (стеклоизделие) начинает более равномерно деформироваться, что позволяет повысить надежность его термического разрушения в заявляемом случае.
Исполнение ограниченного объема средства термического разрушения в виде тороидального кольца, закрепленного на боковой поверхности в зоне термического разрушения термочувствительного элемента, позволяет создать надежный локальный источник разрушения по всей наружной поверхности в этой зоне.
Исполнение термического средства разрушения термочувствительного элемента в виде насыпной порошковой пиротехнической смеси, заключенной герметично в тороидальное кольцо, позволяет применить новое средство термического разрушения термочувствительного элемента в заявляемом устройстве.
Технический эффект, реализуемый заявляемым устройством приведения в действие огнетушителя (согласно варианту устройства по пункту 4 формулы изобретения), обуславливается следующим.
Создание средства нагрева зоны разрушения термочувствительного элемента в виде тороидального кольца, закрепленного на его боковой поверхности в зоне термического разрушения названного элемента, и термического средства разрушения чувствительного элемента в виде насыпной порошковой пиротехнической смеси, заключенной герметично в ограниченный объем кольца, позволяет применить новый способ разрушения термочувствительного элемента в заявляемом устройстве.
Заполнение внутреннего объема стеклянной колбы веществом, обладающим значительной теплоемкостью, например водой, позволяет повысить эффективность разрушения термочувствительного элемента за счет создания дополнительных очагов напряжения в стенках стеклянной колбы.
Признаки, приведенные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного технического результата, то есть являются существенными.
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 противопожарной технике, в том числе известные способы разрушения термочувствительных элементов запорно-пусковых устройств.
Известен способ приведения в действие установки для тушения пожара (варианты) и устройство для его реализации (варианты) (Патент Российской Федерации №2566491, МПК А62С 37/40 (2006.01), опубл. 27.10.2015).
В двух вариантах способа и устройства производят термическое разрушение мембраны (после приложения электрического импульса) в зоне ее разрушения за счет интенсивного выделения тепла при горении пиротехнического вещества.
Фактически пиротехническое вещество «прожигает» на мембране узкий ленточный участок по периметру отводящего канала в зоне ее разрушения за счет самоподдерживающихся экзотермических химических реакций, протекающих без детонации при горении пиротехнического вещества.
Однако в отмеченном техническом решении не рассматривались следующие вопросы:
- разрушения хрупкого элемента, выполненного, например, из стекла, с помощью интенсивного локального нагрева этого элемента в зоне термического разрушения;
- применения вещества, обладающего значительной теплоемкостью, например воды, для охлаждения внутренних стенок с целью получения в зоне термического разрушения стенок хрупкого элемента очагов напряжения за счет создания дополнительных условий по снижению термической устойчивости названного элемента.
В заявляемом техническом решении в первом варианте способа приведения в действие огнетушителя количество пиротехнического вещества выбрано с таким условием, чтобы выделяемого тепла при горении пиротехнического вещества хватило только для размягчения стекла, из которого изготовлен термочувствительный элемент. После этого названный элемент автоматически разрушается под действием давления газа, который подается вместе с огнетушащим веществом из корпуса огнетушителя или под давлением газа, который образуется в результате химической реакции или при горении, например, аэрозольного заряда, и оказывает воздействие на запорный элемент огнетушителя.
Во втором варианте заявляемого способа приведения в действие огнетушителя количество пиротехнического вещества выбрано с таким условием, чтобы выделяемого тепла при горении пиротехнического вещества хватило бы только на импульсный разогрев боковой поверхности термочувствительного элемента в зоне термического разрушения названного элемента с целью создания дополнительных очагов напряжения в стенках стеклянной колбы.
Известен порошковый автоматический огнетушитель (Патент Российской Федерации №2060742, МПК А62С 35/10, опубл. 27.05.1996), содержащий герметичный разрушаемый сосуд с огнетушащим порошком, автономный источник генерации рабочего газа и пусковое устройство с термочувствительным и электронагревательным элементами, размещенными внутри герметичного разрушаемого сосуда. Термочувствительный элемент выполнен в виде обруча из термочувствительного полимерного материала, прилегающего к внутренней поверхности стенки разрушаемого сосуда и обжимающего упругую скобу пускового устройства, имеющую подвижные в тангенциальном направлении рабочие губки, между которыми размещен автономный источник генерации рабочего газа, а электронагревательный элемент выполнен из электропроводной краски, нанесенной на поверхность термочувствительного элемента или на внутреннюю поверхность стенок герметичного разрушаемого сосуда.
Однако этот огнетушитель не обладает таким быстродействием запуска, как в заявляемом техническом решении.
Известны устройства и способы для контроля высвобождения вещества (Патент RU №2386463, кл. А62С 37/14, F16K 17/40, F16K 17/16, опубл 20.04.2010).
5
-1
Устройства в виде клапанов и способы для контроля высвобождения вещества предназначены для контроля таких веществ как среды для гашения огня, находящиеся под давлением. Клапан содержат корпус, имеющий вход для присоединения к источнику вещества, выход и проход, простирающийся между ними, проход закрыт керамическим диском и снабжен средствами для приложения электрического импульса к диску для его разрушения и, таким образом, соединения входа и выхода. При этом керамический диск включает керамический материал, содержащий оксид металла и имеющий диэлектрическую прочность, равную или более низкую чем 10 В⋅м. Способы включают в себя стадии удерживания веществ в контейнере, присоединения контейнера к клапану описанной конструкции и приложения электрического импульса к диску для разрушения диска и присоединения входа и выхода.
Следует отметить, что керамический диск является хрупким элементом, который очень чувствителен в дежурном режиме к гидравлическим ударам, встречающимся часто в реальных условиях в системе питающего водопровода, а его монтаж требует внимательности и необходимых приспособлений.
Известно устройство разрушаемой крышки пусковой трубы (Патент US 4301708 F41F 3/04, 1981). Устройство содержит крышку из полимерного материала, выполненную в виде сферического сегмента с опорным кольцом, через которое крышка крепится на опорное кольцо пусковой трубы. Сферический сегмент опирается на меридионально расположенные арочные ребра из хрупкого стекла. Ребра скрепляются между собой в вершине сферического сегмента в точке, расположенной на продольной оси пусковой трубы. На внешней поверхности сферического сегмента устанавливается линейный (шнуровой) заряд, имеющий в плане S-образную форму. Линейный заряд пересекает сферический сегмент и охватывает его по кругу. Для подрыва линейного заряда предусматривается, по меньшей мере, один детонатор. Детонатор срабатывает в момент начала движения ракеты при старте. В результате подрыва линейного заряда разрывается или разрушается крышка из полимерного материала и разрушаются арочные ребра из хрупкого стекла. Таким образом, устраняются помехи для выхода ракеты из пусковой трубы. Известное устройство обеспечивает возможность создания крышки, имеющей достаточную прочность, позволяющей выдерживать перепады давления при старте из-под воды. Однако известное устройство не обеспечивает достаточную безопасность при эксплуатации крышки, что связано с применением линейного заряда с детонатором.
Применение в заявляемом техническом решении линейного (шнурового) заряда для разрушения термочувствительного элемента практически невозможно в связи с тем, что при взрыве образуется интенсивная ударная волна, распространение которой после разрушения названного элемента приводит к значительному разрушению жизненно важных элементов огнетушителя (Горная энциклопедия. Рубрикатор «Взрыв»: http://www.mining-enc.ru/v/vzryv).
Следует отметить, что огнетушитель является сосудом, находящимся под давлением, поэтому применение рядом взрывчатого заряда при разрушении термочувствительного элемента в заявляемом случае категорически запрещено.
Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым способом (вариантами) и устройством (вариантами).
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 приведения в действие огнетушителя (варианты) и устройстве для его осуществления (варианты), может быть реализовано следующим образом.
При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.
Известно (http://studopedia.net/4_16214_ognegasyashchie-sredstva.html), что основными огнегасящими веществами являются вода, химическая и воздушно-механическая пены, водные растворы солей, инертные и негорючие газы, водяной пар, галоидоуглеводородные огнегасящие составы и сухие огнетушащие порошки.
Применение воды в качестве огнетушащего вещества, как было отмечено ранее, ограничено в области низких температур.
Применение химической и воздушно-механической пены в качестве огнетушащего вещества практически невозможно потому что, как отмечено в работе (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 228), пены характеризуются агрегативной и термодинамической неустойчивостью.
2
3
2
2
Применение водных растворов солей, даже имеющих низкую точку замерзания, в качестве огнетушащего вещества ограничено тем, что, как отмечено в работе (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 220-221), для понижения температуры замерзания воды применяют специальные добавки (антифризы): минеральные соли (KCO, MgCl, CaCl), некоторые спирты (гликоли). Однако соли повышают коррозионную способность воды, поэтому их практически не используют. Применение гликолей существенно повышает стоимость тушения.
Применение инертных и негорючих газов в качестве огнетушащего вещества, например углекислоты, ограничено их использованием, как правило, в закрытых помещениях для объемного пожаротушения и обязательно при отсутствии людей в контролируемой зоне.
Применение галоидоуглеводородных огнегасящих составов в качестве огнетушащего вещества ограничено их использованием, как правило, в закрытых помещениях для объемного пожаротушения.
Применение водяного пара в качестве огнетушащего вещества ограничено тем, что пар при длительном хранении в замкнутом пространстве начинает конденсироваться и превращаться в воду, применение которой в названном устройстве ограничено, как было отмечено ранее, в области низких температур.
Известно, что среди существующих средств пожаротушения - водных, пенных, газовых, аэрозольных и порошковых, порошковые имеют ряд принципиально важных преимуществ (http://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.
Известно (Огнетушитель - Википедия.mht), что огнетушители различают по способу срабатывания:
- автоматические (самосрабатывающие) - обычно стационарно монтируются в местах возможного возникновения пожара;
- ручные (приводятся в действие человеком) - располагаются на специально оформленных стендах;
- универсальные (комбинированного действия) - сочетают в себе преимущества обоих вышеописанных типов
Огнетушители порошковые самосрабатывающие предназначены для тушения без участия человека огнетушащими порошками типа ABC загораний твердых и жидких веществ, нефтепродуктов, электрооборудования под напряжением до 5000 В, в небольших складских, технологических, бытовых помещениях, гаражах и пр. без постоянного пребывания в них людей. При необходимости могут использоваться вместо или вместе с переносными огнетушителями.
Огнетушители (http://occtv.ru/okhrana/ognetushiteli/ustrojjstvo-ognetushitelya.html) также различаются по способу подачи огнетушащего состава. Каждый способ определяет каким именно образом происходит вытеснение огнетушащего состава из корпуса:
- под давлением газа, который подается из специального баллона, расположенного в корпусе огнетушителя;
- под давлением газа, который образуется в результате химической реакции;
- под собственным давлением огнетушащего вещества;
- под давлением газа, который был предварительно закачан в корпус огнетушителя.
В книге (Н.Ф. Бубырь, В.П. Бабуров, В.А Потапов. Производственная и пожарная автоматика. Часть II. Пожарная автоматика. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986, с. 147-148, рис. 11.1) приведено описание установки автоматической пожарной автономной, в том числе в порошковом варианте. Для запуска этой установки предусмотрен спринклер с тепловым замком.
В книге (Н.Ф. Бубырь, В.П. Бабуров, В.И. Мангасаров. Пожарная автоматика. Издание 2-е, переработанное и дополненное. М.: Стройиздат, 1984, с. 61-62, рис. 39,б) приведено описание спринклерного оросителя с замком в виде стеклянной колбы, заполненной жидкостью с высоким коэффициентом объемного расширения.
Известно запорно-пусковое устройство (Авторское свидетельство СССР №1625500, опубл. 07.02.1991), содержащее корпус с выходным отверстием, закрытым пробкой, удерживаемой фиксатором с чувствительным элементом, включенным в электрическую цепь следящей системы и в цепь системы дистанционного управления, и дефлектор.
Чувствительный элемент представляет собой герметичную стеклянную колбу, в которую помещен спирт, легко испаряющийся при нагревании.
При возникновении пожара и повышении температуры окружающей среды до 70-90°С спирт, расширяясь до критического давления, разрушает стеклянную колбу, пробка, освобождаясь, открывает отверстие и включает установку пожаротушения, обеспечивая подачу огнетушащей жидкости на очаг пожара.
Однако минимальная масса легко испаряющегося при нагревании вещества (в данном случае - спирта), необходимая для разрушения стеклянной колбы, в отмеченном изобретении не определена.
При создании настоящего изобретения было учтено то, что возможности повышения быстродействия устройств для приведения в действие огнетушителя далеко не исчерпаны. В частности, анализ современных теоретических представлений о механизме разрушения хрупких материалов показал большую перспективу применения новых способов разрушения термочувствительных элементов, изготовленных из стекла, на основе имеющихся научно-технических знаний о термических свойствах стекла. Одним из путей этого применения является создание современных автоматических установок пожаротушения с использованием заявляемого технического решения.
При создании в заявляемом техническом решении нового средства термического разрушения термочувствительного элемента с помощью пиротехнического вещества следует учесть следующие сведения.
Известно (А.А. Шидловский, Основы пиротехники: М., «Машиностроение», 1973. с. 65, 68, 90; http://temnyj-elfv.narod.ru/piro/osnovi_pirotehniki.pdf), что температура горения пламенных пиротехнических составов лежит в пределах 2000-3000°С.
Возможность достижения очень высоких температур определяется не только высокой калорийностью горючего, но и предельно высокой температурой кипения, а также большой химической устойчивостью продуктов горения (оксидов металлов).
Влияние плотности на скорость горения состава определяется тем, что с увеличением ее уменьшается возможность проникания горячих газов внутрь состава и тем самым замедляется процесс прогрева и воспламенения глубинных слоев.
При выборе нового способа разрушения термочувствительных элементов, изготовленных из стекла, следует учесть следующие сведения на основе имеющихся научно-технических знаний о термических свойствах стекла.
2
Установлено (Термические свойства стекла, теплоемкость теплопроводность. Производство стекла. html), что удельная теплоемкость характеризуется количеством теплоты, необходимым для нагревания 1 г вещества на 1°С. Измеряется она в кал/г⋅град, ккал/кг⋅град (Дж/кг⋅K). Стекла имеют удельную теплоемкость от 0,08 до 0,25 кал/г⋅град в зависимости от химического состава. Окислы тяжелых элементов PbO, ВаО, как правило, понижают теплоемкость стекол, а окислы легких элементов типа LiО повышают ее. С повышением температуры теплоемкость стекла увеличивается, причем до температуры начала размягчения она увеличивается незначительно, а при пластичном состоянии начинает возрастать быстрее. Увеличение теплоемкости стекла с повышением температуры происходит и в расплавленно-жидком состоянии.
2
2
3
2
2
2
Температура начала размягчения стекла характеризует температуру, при которой стекло (стеклоизделие) начинает деформироваться. Она играет существенную роль при производстве стекла. Например, температуру отжига стекла принимают обычно на 20-30°С ниже температуры начала его размягчения, с тем чтобы изделие не деформировалось при тепловой обработке. Температура начала размягчения стекла в основном определяется его химическим составом. Тугоплавкие окислы (размягчающиеся при высоких температурах), такие, как SiO, AlO, повышают температуру начала размягчения стекла, легкоплавкие окислы типа NaO, KO, LiО понижают ее. Наивысшей температурой начала размягчения обладает кварцевое стекло (1200-1500°С). Большинство обычных строительных стекол, в том числе и оконное, начинает размягчаться при 550-700°С.
Отсюда можно сделать вывод, что для повышения быстродействия запуска огнетушителя (пункт 1 и 2 формулы изобретения) необходимо использовать новые средства термического разрушения термочувствительного элемента, например насыпные порошковые пиротехнические смеси, которые могут быстро разогреть до необходимой температуры термочувствительный элемент, изготовленный из стекла.
Для создания дополнительных условий по снижению термической устойчивости термочувствительного элемента следует учесть следующие сведения на основе имеющихся научно-технических знаний о термических свойствах стекла и о теплоемкости некоторых веществ.
Известно (Термические свойства стекла, теплоемкость теплопроводность. Производство стекла. html), что, когда стекло охлаждается, его наружные слои стремятся уменьшиться в объеме. Этому препятствуют внутренние слои, остывающие медленно из-за малой теплопроводности стекла. Образующиеся напряжения между наружными и внутренними слоями приводят к разрушению стекла. Те же процессы протекают и при резком нагревании стекла. Разница заключается в том, что при охлаждении в стекле образуются напряжения растяжения, а при нагревании - напряжения сжатия.
Известны данные (https://ru.wikipedia.org/wiki/Удельная_теплоемкость. Таблица I: Стандартные значения удельной теплоемкости), из которых видно, что вода обладает значительной теплоемкостью из всех доступных и применяемых в пожаротушении веществ.
Отсюда можно сделать вывод, что использование в заявляемом техническом решении (пункт 2 формулы изобретения) эффекта интенсивного нагревания с наружной стороны стеклянной трубки и охлаждение ее внутренней стенки приведет к образованию дополнительных трещин в стенке трубки и интенсивному разрушению термочувствительного элемента.
На фиг. 1 представлен общий вид (продольный разрез) устройства, реализующего заявляемый способ, на фиг. 2 - увеличенный вид термочувствительного элемента, выполненного в виде стержня, в зоне его термического разрушения, на фиг. 3 - увеличенный вид термочувствительного элемента, выполненного в виде стеклянной колбы, в зоне его термического разрушения.
Устройство для приведения в действие огнетушителя состоит из корпуса 1 с отверстием 2 для пропуска огнетушащего вещества из огнетушителя для подачи его зону горения. В корпусе 1 размещен прижатый через уплотняющую дисковую пружину 3 запорный клапан 4, термочувствительный элемент 5, выполненный в виде стеклянного стержня 6 в соответствии с пунктом 3 формулы изобретения (фиг. 2) или стеклянной колбы 7 в соответствии с пунктом 4 формулы изобретения (фиг. 3).
Средство термического разрушения термочувствительного элемента 5 представляет собой ограниченный объем 8, который выполнен в виде тороидального кольца 9, закрепленного на боковой поверхности названного элемента в зоне его термического разрушения 10.
Кольцо 9 заполнено пиротехническим веществом, выполненным в виде насыпной порошковой пиротехнической смеси 11, заключенной герметично в кольцо.
Внутренний объем стеклянной колбы 7 заполнен веществом, обладающим значительной теплоемкостью, например водой 12 (фиг. 3).
Между запорным клапаном 4 и термочувствительным элементом 5 размещена чашка 13.
Устройство снабжено Π-образной опорной дугой 14, в которой соосно термочувствительному элементу 5 смонтирован монтажный винт 15, имеющий подпятник 16, предназначенный для удобства монтажа термочувствительного элемента.
Внутри ограниченного объема 8 смонтирован электровоспламенитель 17 (фиг. 2, 3), к которому подведен кабель 18 для подключения к источнику электрического питания пульта управления огнетушителя (не показан).
Устройство по пункту 3 формулы изобретения работает следующим образом (фиг. 1 и 2).
При обнаружении пожара электрический импульс поступает по электрическому кабелю 18 на электровоспламенитель 17. Насыпная порошковая пиротехническая смесь 11 воспламеняется и выделяет большое количество тепла за счет самоподдерживающихся экзотермических химических реакций, протекающих без детонации, в результате чего в зоне термического разрушения 10 на боковой поверхности термочувствительного элемента 5, выполненного в виде стеклянного стержня 6, интенсивно развивается высокая температура. При достижении температуры стадии начала размягчения стекла происходит разрушение стеклянного стержня 6 и обеспечивается пропуск огнетушащего вещества из огнетушителя через отверстие 2 для подачи его в очаг пожара.
Устройство по пункту 4 формулы изобретения работает следующим образом (фиг. 1 и 3).
При обнаружении пожара электрический импульс поступает по электрическому кабелю 18 на электровоспламенитель 17. Насыпная порошковая пиротехническая смесь 11 воспламеняется и выделяет большое количество тепла за счет самоподдерживающихся экзотермических химических реакций, протекающих без детонации. В зоне термического разрушения 10 термочувствительного элемента 5, выполненного в виде стеклянной колбы 7, на ее наружной поверхности интенсивно развивается высокая температура.
За счет высокой теплоемкости воды скорость нагрева внутренней стенки стеклянной колбы 7 будет незначительной по сравнению с нагревом наружной поверхности колбы, что приводит к образованию дополнительных трещин в стенке колбы и ее интенсивному разрушению.
Это подтверждается данными (http://www.stroitelstvo-new.ru/steklo/svojstva-2.shtml), в которых отмечено, что чем выше коэффициент термического расширения стекла, тем больше величина образующихся в стекле напряжений и тем меньше его термостойкость. Из этого также вытекает, что стекло лучше переносит резкое нагревание, чем охлаждение, так как при нагревании в нем образуются напряжения сжатия, а при охлаждении - растяжения. А стекло работает на сжатие в 15-20 раз лучше, чем на растяжение.
В результате указанного взаимодействия обеспечивается пропуск огнетушащего вещества из огнетушителя через отверстие 2 для подачи его в очаг пожара.
Заявляемое техническое решение просто в эксплуатации и может быть использовано в обычном порошковом огнетушителе для подачи при пожаре в контролируемую зону огнетушащих жидкостей или порошка.