Модуль пожаротушения пеной высокой кратности
HIGH EXPANSION FOAM FIRE EXTINGUISHING MODULE

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к снаряженному твердым газогенерирующим зарядом, обеспечивающим при срабатывании создание рабочего давления, модулю пожаротушения пеной высокой кратности, который может быть использован для тушения пожаров в автоматических и автономных системах, предназначенных для поверхностного и объемного пожаротушения как помещений, так и отдельных участков и аппаратов, а также открытых поверхностей горящей жидкости в резервуарах и при проливе.
Из уровня техники известны устройства для получения самовспенивающейся газонаполненной пены низкой кратности, оснащенные комплектом генераторов аэрозоля, состоящего из двух или более генераторов (патенты РФ №2622815, опубл. 20.06.2017 г., №2678257, опубл. 11.01.2017 г.), модули пожаротушения тонкораспыленной огнетушащей жидкостью (патенты РФ на изобретения №2424838, опубл. 27.07.2011 г., №2607967, опубл. 11.01.2017 г., патент на полезную модель №129402, опубл. 27.06.2013 г.), оснащенные газогенерирующими устройствами, выделяющими рабочий газ в результате термического разложения твердых газогенерирующих зарядов. Также известны генераторы пены высокой кратности (патенты на полезные модели №94466, опубл. 27.05.2010 г., №154214, опубл. 20.08.2015 г., №175204, опубл. 28.11.2017 г.), предназначенные для образования воздушно-механической пены высокой кратности при принудительной подаче рабочего раствора пенообразователя от внешних источников.
Прототип модуля пожаротушения, одновременно оснащенный газогенерирующим устройством, которое в результате термического разложения размещенного в нем твердого газогенерирующего заряда выделяет газ, подвергнутый очистке от шлаков и необходимый для создания рабочего давления, и генератором пены высокой кратности, отсутствует в предшествующем уровне техники.
Из уровня техники известен генератор высокократной пены для пожаротушения по патенту №2246977 (опубл. 27.02.2005 г.), содержащий полый цилиндрический корпус с открытыми торцами, средство для направления водного раствора пенообразователя в корпус, внешнюю, внутреннюю и среднюю пеногенерирующие сетки, выполненные в виде усеченных конусов, входящих один в другой, причем усеченные вершины внешней и внутренней сеток направлены на объект пожаротушения, а усеченная вершина средней сетки обращена в противоположную сторону.
К недостаткам известного устройства следует отнести техническую сложность его эксплуатации на защищаемом объекте, т.к. для обеспечения работы по назначению требуется очень сложная конструктивно и трудоемкая в обслуживании инженерная система больших габаритных размеров, включающая в себя емкости для хранения воды и пенообразователя, автономную систему энергообеспечения, внешний источник рабочего давления (насосную станцию), систему дозирования пенообразователя и устройство смешения его с водой. Кроме того, все элементы системы пожаротушения должны быть соединены между собой трубопроводами, обеспечивающими транспортирование жидкости к генератору, которые занимают место в защищаемом помещении, создают гидравлические потери, снижающие скорость движения раствора пенообразователя, что увеличивает продолжительность срабатывания генератора и снижает эффективность пожаротушения. В зависимости от трассировки трубопроводов необходимо предусматривать требуемый запас раствора пенообразователя. Не каждая организация может выполнить необходимые требования к системе, в частности, по проектированию, размещению на объекте, хранению, обеспечению водой и электроэнергией и т.п. Раствор пенообразователя подают в генератор пены через множество разнесенных друг от друга распылительных сопел, что не позволяет получить высокую однородность капельной структуры раствора пенообразователя, и достичь равномерности его распределения на сетках. В связи с этим не представляется возможным покрыть указанной пеной открытые поверхности горящей жидкости в резервуарах и при проливе слоем такой толщины, которая исключит доступ кислорода в зону горения для подавления пламени. Кроме того, пена неоднородной структуры не способна удерживаться на вертикальных и наклонных поверхностях.
Приведенные недостатки ставят под сомнение гарантированно надежное достижение функционального результата при использовании известного генератора высокократной пены.
Из уровня техники известен модуль пожаротушения по патенту №2588486 (опубл. 27.06.2016 г.), содержащий герметичный корпус, снаряженный водой, снабженный в верхней части газогенерирующим устройством с герметичным корпусом, в котором с зазором размещен имеющий корпус газогенерирующий заряд, а в нижней части оснащенный горловиной, на выходном конце которой посредством гайки смонтирован снабженный разрушаемой мембраной и фильтрующим элементом выпускной насадок, разрушаемая мембрана поджата к горловине с помощью шайбы, имеющей отверстие с острой кромкой, направленной к мембране, и оснащенной цилиндрическим ловителем срезаемой части мембраны.
К недостаткам известного устройства следует отнести невозможность общеобъемного, локально-объемного и комбинированного (объединенного локально-поверхностного и локально-объемного) тушения. В силу конструктивных особенностей известного модуля, предназначенного для тушения пожаров тонкораспыленной жидкостью, не представляется возможным покрыть указанной жидкостью открытые поверхности горящей жидкости в резервуарах и при проливе слоем такой толщины, которая исключит доступ кислорода в зону горения для подавления пламени. Кроме того, вытесняемое из известного модуля пожаротушащее вещество, не способно удерживаться на вертикальных и наклонных поверхностях.
Известное устройство гарантированно обеспечивает тушение исключительно отдельных очагов пожара, расположенных на защищаемой площади, в течение ограниченного времени подачи тонкораспыленного потока (не более 10 с).
Из уровня техники известна принятая за прототип автономная установка пожаротушения по патенту РФ №2674710, опубл. 12.12. 2018 г., содержащая герметичный корпус, снаряженный водой, снабженный в верхней части газогенерирующим устройством с герметичным корпусом и зарядом, которое соосно установлено в герметичном контейнере с пенообразователем, оснащенным в нижней части отверстием, перекрытым разрушаемой мембраной.
3
К недостаткам прототипа следует отнести наличие конденсированных частиц аэрозоля и шлаков от продуктов горения заряда в пенообразующем растворе, что существенно снижает кратность пены. При этом продукты горения заряда аэрозолеобразующего состава имеют низкую удельную производительность (300-350 дм/кг) и высокую температуру горения (более 1500°К). То есть для обеспечения и поддержания требуемого рабочего давления в течение времени работы известной установки пожаротушения требуется большая масса аэрозолеобразующих шашек, что приводит к увеличению массы конденсированных частиц аэрозоля и шлаков от продуктов горения заряда, а также к существенному увеличению температуры раствора пенообразователя, контактирующего с газогенераторами, что снижает его пенообразующие свойства. В целом, наличие горячих пузырьков газа, частиц аэрозоля и шлаков в растворе и отсутствие пеногенератора с эжекцией холодного воздуха в его корпус, раствор пенообразователя позволяет создать только пену низкой кратности, не способную удерживаться на вертикальных и наклонных поверхностях, что существенно ограничивает область применения прототипа тушением пожаров горючих и легковоспламеняющихся жидкостей в крупных резервуарах хранения и их проливов на значительной площади. Для поверхностного и объемного пожаротушения как помещений, так и отдельных участков и аппаратов известная установка не пригодна.
Огнетушащий аэрозоль эффективен при пожаротушении по объему в герметичных помещениях, поэтому вызывает сомнение повышение эффективности пожаротушения открытых проливов при насыщении огнетушащим аэрозолем раствора пенообразователя.
Использование комплекта газогенераторов уменьшает рабочий объем корпуса установки (необходимо отметить, что пена образуется внутри корпуса установки), повышает габаритно-массовые характеристики, а их последовательное подключение по заданному алгоритму усложняет техническое обслуживание установки. Пена поступает во внешнее пространство через распыливающий насадок ограниченной площади и под узким углом распыла, при этом подводящий к нему пену трубопровод создает гидравлические потери.
Приведенные недостатки ставят под сомнение гарантированно надежное достижение функционального результата при использовании известной автономной установки пенного пожаротушения.
Задачей настоящего изобретения является создание компактного модуля пожаротушения пеной высокой кратности с расширенными эксплуатационными возможностями в части областей применения и удобствами, в части технического обслуживания и габаритно-массовых характеристик, позволяющего обеспечить гарантированно надежное достижение функционального результата при его использовании по назначению путем создания условий, позволяющих обеспечить воспроизводимость высокой кратности пены на постоянной основе за счет получения раствора пенообразователя, свободного от примесей, попадающего во внешнее пространство и далее на сетки генератора в виде широкого равномерного по плотности факела распыла, охватывающего сетки пеногенератора, с минимизированными гидравлическими потерями при одновременном сохранении таких свойств прототипа как автономность и раздельное хранение пенообразователя и воды внутри корпуса.
Поставленная задача решается предлагаемым модулем пожаротушения пеной высокой кратности, содержащим герметичный корпус, снаряженный водой, снабженный в верхней части газогенерирующим устройством с герметичным корпусом и зарядом, которое соосно установлено в герметичном контейнере с пенообразователем, оснащенным в нижней части отверстием, перекрытым разрушаемой мембраной. Особенность заключается в том, что корпус газогенерирующего устройства оснащен отверстиями, отверстие в нижней части контейнера с пенообразователем выполнено с возможностью вкручивания винта, имеющего центральное отверстие, и поджимающего через шайбу разрушаемую мембрану, выполненную из эластомерного материала, в качестве заряда используют газогенерирующий заряд, имеющий корпус с выпускными отверстиями в нижней части, размещенный с зазором к корпусу газогенерирующего устройства, зазор заполнен мелкодисперсным фильтрующим материалом, нижняя часть корпуса модуля оснащена горловиной, на выходном конце которой посредством гайки смонтирован снабженный разрушаемой мембраной и фильтрующим элементом выпускной насадок, разрушаемая мембрана поджата к горловине с помощью шайбы, имеющей отверстие с острой кромкой, направленной к мембране, и оснащенной цилиндрическим ловителем срезаемой части мембраны, при этом на выпускном насадке смонтирована центробежная форсунка, а нижняя часть корпуса модуля посредством стержнеобразных элементов с обеспечением эжекционного зазора скреплена с генератором пены высокой кратности, содержащим полый цилиндрический корпус с открытыми торцами и выполненные в виде усеченных конусов, входящих один в другой, пеногенерирующие сетки, внешнюю с усеченной вершиной направленной на объект пожаротушения и внутреннюю, усеченная вершина которой обращена к корпусу модуля, или внешнюю, внутреннюю и среднюю, причем усеченные вершины внешней и внутренней сеток направлены на объект пожаротушения, а усеченная вершина средней сетки обращена к корпусу модуля.
В частности, меньшее основание усеченных конусов внутренних сеток представляет собой поверхность в виде сетки.
В частности, отношение живого суммарного сечения ячеек внешней и внутренней пеногенерирующих сеток к площади поперечного сечения корпуса генератора пены составляет 2,5-4,5.
В частности, в стенке центробежной форсунки выполнено 2-4 отверстия.
В частности, отношение угла при вершине конуса каждой из пеногенерирующих сеток к углу распыла водного раствора пенообразователя из центробежной форсунки составляет 0,5-0,8.
Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый модуль пожаротушения пеной высокой кратности отличается от ближайшего аналога наличием в общей конструктивной компоновке пеногенератора, размещенного за пределами корпуса с эжекционным зазором; наличием отверстий на корпусе газогенерирующего устройства; наличием зазора между корпусом газогенерирующего устройства и корпусом с выпускными отверстиями в нижней части газогенерирующего заряда; заполнением указанного зазора мелкодисперсным фильтрующим материалом для очистки генерируемого газа от примесей, отрицательно влияющих на пенообразование; наличием центробежной форсунки для равномерного покрытия раствором пенообразователя сеток пеногенератора по всей поверхности, которая обеспечивает при распылении заполненный конус, без пустот; сокращением количества используемых газогенераторов; иным зарядом - газогенерирующим (в прототипе использованы аэрозолеобразующие заряды); формированием пены за пределами корпуса (в прототипе - внутри корпуса).
Именно совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками заявляемого решения позволила достичь комплекс преимуществ, который невозможно достичь прототипом, и решить поставленную задачу.
Предлагаемый модуль пожаротушения пеной высокой кратности иллюстрируется графическими изображениями.
На фиг. 1 представлен продольный разрез модуля пожаротушения с пеногенератором, оснащенным двумя сетками.
На фиг. 2 представлен продольный разрез модуля пожаротушения с пеногенератором, оснащенным тремя сетками.
Модуль пожаротушения пеной высокой кратности содержит герметичный корпус 1, внутри которого находится вода 2. В верхней части корпуса 1 модуля установлено являющееся источником рабочего газа газогенерирующее устройство 3 с герметичным корпусом 4, в котором выполнены отверстия 5, газогенерирующим зарядом, имеющим корпус 6 (например, из жести) с зафиксированным в корпусе 6 элементом электропусковым 7. В нижней части корпуса 6 выполнены выпускные отверстия 8. Зазор между корпусами 4 и 6 заполнен мелкодисперсным фильтрующим материалом 9, например, песком кварцевым. Газогенерирующее устройство 3 соосно установлено в герметичный контейнер 10 для хранения пенообразователя 11. В качестве пенообразователя 11 может использоваться любой пенообразователь, серийно выпускаемый промышленностью, предназначенный для создания пены высокой кратности типа S, AFFF, AFFF-AR.
Контейнер 10 в нижней части имеет отверстие, перекрытое разрушаемой мембраной 12, прижатой к контейнеру 10 винтом 13 через шайбу 14. Разрушаемая мембрана выполнена из эластомерного материала, например, из резины на основе силикона по ГОСТ Р 57399-2017 или из резины на основе фторкаучука («Витон» от ООО «Полимерные машины», г. Санкт-Петербург).
Модуль выполнен с возможностью подвесного его крепления с помощью кронштейна 15.
Нижняя часть корпуса 1 модуля оснащена горловиной 16, на выходном конце которой посредством гайки 17 смонтирован выпускной насадок 18 с разрушаемой мембраной 19 (например, из медной ленты или листа по ГОСТ 1173-2006) и фильтрующим элементом 20. Разрушаемая мембрана 19 поджата к горловине 16 с помощью шайбы 21 с острой кромкой, направленной к мембране. В шайбе 21 установлен цилиндрический ловитель 22 срезаемой части мембраны, выполненный, например, в виде стержня или прутка. В донной части выпускного насадка 18 посредством гайки 23 смонтирована центробежная форсунка 24.
При помощи стержнеобразных элементов 25 (например, в количестве трех, в виде круглых стальных прутков или плоских стальных полос) с обеспечением эжекционного зазора, к модулю крепится генератор пены высокой кратности, содержащий полый цилиндрический корпус 26 с открытыми торцами, и пеногенерирующие сетки в двух альтернативных исполнениях, а именно: внешней 27 и внутренней 28 (фиг. 1) или внешней 29, внутренней 30 и средней 31 (фиг. 2), выполненных в виде усеченных конусов, входящих один в другой.
В первом исполнении (фиг. 1) усеченная вершина внешней пеногенерирующей сетки 27 направлена на объект пожаротушения, а усеченная вершина внутренней пеногенерирующей сетки 28 обращена к корпусу 1 модуля. Во втором исполнении (фиг. 2) усеченные вершины внешней 29 и внутренней 30 пеногенерирующих сеток направлены на объект пожаротушения, а усеченная вершина средней пеногенерирующей сетки 31 обращена к корпусу 1 модуля. В частности, меньшее основание усеченных конусов внутренних сеток 28 и 30 может представлять собой поверхность в виде сетки.
Предлагаемый модуль пожаротушения пеной высокой кратности работает следующим образом. С помощью кронштейна 15 модуль монтируется над защищаемой площадью. При подаче электрического импульса на проводниковые выводы элемента электропускового 7 происходит срабатывание газогенерирующего устройства 3. После его срабатывания происходит термическое разложение газогенерирующего заряда, установленного в корпусе 6, а выделяемый при разложении газ через выпускные отверстия 8 поступает в зазор между корпусами 4 и 6 и, протекая сквозь мелкодисперсный фильтрующий материал 9, подвергается охлаждению и очистке. После этого газ поступает в свободный объем контейнера 10 для пенообразователя 11. При достижении в корпусе контейнера 10 давления газа, соответствующего уровню разрушения мембраны 12, центральная ее часть срезается в виде круга и пенообразователь 11 перетекает в объем корпуса 1 модуля, заполненного водой 2, где происходит смешивание пенообразователя с водой.
Далее начинается процесс набора давления в корпусе 1 и при достижении давления, соответствующего величине разрушения мембраны 17, центральная ее часть срезается в виде круга, который задерживается цилиндрическим ловителем 22, исключая тем самым, перекрытие части проходного сечения фильтрующего элемента 20. Водный раствор пенообразователя под давлением поступает в выпускной насадок 18, подвергается очистке, проходя через фильтрующий элемент 20. Затем раствор через отверстия центробежной форсунки 24 поступает в объем корпуса 26 генератора пены высокой кратности в виде конической струи с углом распыла β и равномерной плотностью по сечению. Расстояние между форсункой 24 и пеногенерирующими сетками 27, 28 (фиг. 1) или 29, 30, 31 (фиг. 2) определяется расчетом полного покрытия поверхностей сеток раствором при соприкосновении их со струей из форсунки 24.
Выходящий под давлением водный раствор пенообразователя эжектирует окружающий воздух и, попадая на пеногенерирующие сетки 27 и 28 (фиг. 1) или 29, 30, 31 (фиг. 2), растекается по ним под углом α/2 (где α - угол при вершине конуса каждой из пеногенерирующих сеток) со скоростью, позволяющей оптимально быстро получить на сетках 27, 28, 29, 30 и 31 (фиг. 1 или 2) пленку необходимой толщины, из которой затем при выходе воздуха из отверстий сеток образуется пена высокой кратности.
3
3
3
Проведенные испытания показали, что модуль, снаряженный 12,7 дм воды и 0,8 дм пенообразователя типа AFFF «Аквафом» по ТУ 2412-019-72410778-08, в процессе срабатывания обеспечил уровень пены высотой 1,18 м в выгородке размером: длина 3,0 м, ширина 2,6 м. высота 1,5 м, что соответствует объему 9,2 м. Следовательно, была генерирована пена высокой кратности, равной 680-ти. Огневые испытания с использованием модельных очагов класса В по ГОСТ Р 53288-2009 подтвердили надежность тушения в указанном объеме.
2
3
3
Было проведено испытание по тушению горящего бензина в поддоне диаметром 1,89 м, что соответствует площади 2,8 м. Поддон располагался в выгородке с размером основания 2×2 м около стены. Модуль снаряженный 17,4 дм воды и 1,1 дм пенообразователя «Аквафом», был установлен на высоте 3 м с направлением струи пены на землю между противоположной стеной выгородки и поддоном. Тушение бензина производилось путем заполнения горящей его поверхности необходимым слоем пены. В результате горение было прекращено.
Таким образом, предлагаемый модуль пожаротушения пеной высокой кратности практически реализуем, позволяет удовлетворить давно существующую потребность в решении поставленной задачи.