ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ
FIRE EXTINGUISHING AEROSOL GENERATOR

Изобретение относится к области пожаротушения, а более конкретно к устройствам для объемного тушения пожаров посредством генерируемой при горении пиротехнического заряда газоаэрозольной смеси ингибиторов, вводимой в защищаемый объем.
Уровень данной области техники характеризует аэрозольный генератор для тушения пожаров, описанный в патенте RU 2114657 C1, A62C 3/00, 1998, включающий цилиндрический корпус, на боковой поверхности которого распределено множество сквозных отверстий для выхода генерируемой газообразной тушащей смеси.
В корпусе, термоизолированном по торцам прокладками из коалинового картона, коаксиально установлена функциональная шашка из пиротехнического состава, при горении которой образуется аэрозоль, содержащей как газообразные продукты, так и высокоэнергетические конденсированные частицы, образующие дисперсную фазу аэрозоля, представляющие собой эффективные ингибиторы горения.
Соосно торцу пиротехнической шашки в корпусе закреплен сообщающийся с шашкой посредством огнепередаточной трубки электровоспламенитель внешнего инициирования как ручного, так и автоматического запуска от импульса датчиков штатной системы противопожарной сигнализации - извещателей превышения уровня температуры и задымленное™ в охраняемом объеме.
С зазором 10-20 мм относительно диаметра функциональной шашки, выполняющим функции камеры сгорания, размещена металлическая сетка, ограничивающая объем, заполненный абляционным насыпным материалом, формирующие блок охлаждения аэрозоля, который разбавляется газообразными продуктами термораспада (водяной пар и углекислый газ), образуя тушащую смесь.
Отличительной особенностью описанного генератора является полное дожигание пиротехнической композиции функциональной шашки в газовой фазе, что максимально снижает содержание вредных веществ в тушащей смеси.
Недостатком этого генератора является возможность разрушения корпуса от избыточного давления, развиваемого в замкнутой камере сгорания, не имеющей демпфирующего свободного объема для накопления генерируемых газообразных продуктов горения и абляционного термораспада материала блока охлаждения - основного карбоната магния.
При этом газопроницаемый слой абляционного материала является большим аэродинамическим сопротивлением для выбрасываемой тушащей смеси, которая при этом фильтруется и часть конденсированной фазы (эффективного ингибитора горения) оседает в нем, что снижает требуемую огнетушащую концентрацию в защищаемом объеме и время подавления пожара увеличивается.
Более совершенным является генератор аэрозоля по патенту RU 2346718 C1, А62С 13/22, В01J 7/00, С01В 13/02, 2009, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.
Известный генератор огнетушащего аэрозоля содержит цилиндрический перфорированный корпус, в котором распределены заряды из пиротехнического состава, при горении образующего аэрозоль, включающий ингибиторы горения.
Пиротехнические шашки в корпусе закреплены через прослойку строительного гипса - конструкционного несущего материала, включающего структурно связанную воду, выпариваемую при контакте с горячими газами генерируемого аэрозоля.
Между пиротехническими шашками в слое строительного гипса закреплены металлические трубопроводы коммуникации камеры сгорания под крышкой, оснащенной сквозными дымовыводящими отверстиями и донным ресивером, который сообщается с реверсивным выходным каналом, лабиринт которого сформирован охватывающим цилиндрический корпус с зазором кожухом, который сообщается с тарельчатой крышкой, образуя частичное их перекрытие.
Корпус, днище кожуха и тарельчатой формы крышка жестко связаны центральной стяжкой, образуя несущую функциональную конструкцию.
Особенностью известного генератора является то, что тушащая смесь, состоящая из генерируемого аэрозоля, разбавленного выпариваемой из гипса водой, передается из замкнутого объема камеры сгорания по трубопроводам в донный ресивер, где тормозится, расширяется и перемешивается. Тушащая смесь распределяется затем по наружному реверсивному каналу, представляющему собой зигзагообразный лабиринт, выполняющий функции блока охлаждения за счет теплоотвода и многократных разворотов потока, сопровождающихся теплоотдачей.
Недостатком известного генератора огнетушащего аэрозоля является сложность конструкции при низком коэффициенте полезной нагрузки функционального снаряжения, то есть невысокое относительное содержание пиротехнического состава, создающего огнетушащий аэрозоль, что повышает потребительскую стоимость защитных средств пожаротушения.
Кроме того, при работе известного генератора существует вероятность возникновения вторичных очагов возгорания из-за того, что оседающая на образующих выходного кольцевого отверстия раскаленная конденсированная фаза стекает вниз на огнезащищенную поверхность монтажной плиты и далее на опору в охраняемом помещении, которая воспламеняется. Это неизбежно, потому что на монтажной плите не предусмотрены предохранительные средства от стекания осевшей конденсированной фазы на воспламеняемую опорную поверхность.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности усовершенствованной конструкции компактного генератора с высокой эффективностью пожаротушения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе огнетушащего аэрозоля, содержащем оснащенный термозащитной прослойкой и воспламенителем внешнего инициирования цилиндрический корпус, в котором установлены функциональный заряд и металлический трубопровод коммуникации камеры сгорания с ресивером под крышкой с выходными отверстиями, согласно изобретению коаксиальный корпусу функциональный заряд выполнен в форме пиротехнический шашки с осевым каналом, в котором через теплоизолирующую оболочку установлен металлический трубопровод, сообщается посредством замедлительно-воспламенительного устройства, расположенного в насыпном слое антипирена, ограниченном поперечными сетчатыми диафрагмами, с газогенерирующим зарядом, расположенным под кольцевой изолирующей перемычкой, формообразующей ресивер, причем крышка совмещена с дополнительным охладителем, выполненным в форме обечайки, снабженной инжекционными окнами.
Отличительные признаки предложенного технического решения позволили создать компактный генератор аэрозоля повышенной эффективности пожаротушения за счет коаксиальной конструктивной схемы размещения структурных элементов, характеризующегося кратным повышением полезной нагрузки и который оснащен автоматической системой газовой продувки объема распределенным антипиреном, что обеспечило повышение функциональной надежности.
Выполнение функционального заряда в форме пиротехнической канальной шашки необходимо для размещения внутри нее коммуникационного трубопровода, обеспечивая компактность генератора в целом.
Размещение между центральным металлическим трубопроводом, который служит тепловым конвектором, и периферийной пиротехнической шашкой асбокартонной обечайки предназначено для термоизоляции пиротехнического состава от разогреваемой отводимыми продуктами горения металлической трубы.
Посредством металлического трубопровода осуществляется коммуникационная связь камеры сгорания с расширительным ресивером, который автономно расположен под крышкой, оснащенной распределенными выходными отверстиями, обеспечивающими заданное диафрагмирование тушащей смеси на выходе из генератора.
Непосредственная связь верхнего торца пиротехнической шашки через замедлительно-воспламенительное устройство с газогенерирующим зарядом, представляющим собой огнепередаточный элемент, обеспечивает через расчетное время задержки, необходимое для полного выхода из генератора тушащей смеси, воспламенение и горение дополнительного заряда, сопровождающееся образованием большого количества газа, выполняющего функции рабочего тела, вынося частицы антипирена через сетчатую диафрагму в полость корпуса. При этом частицы антипирена распределены в транспортирующих газах, заполняющих объем генератора.
Размещение насыпного слоя (газопроницаемого) антипирена между поперечными сетчатыми диафрагмами направлено на вынос его частиц газом-носителем под развиваемым давлением вовнутрь свободного к тому времени корпуса генератора, где подавляется тление конденсированной фазы, осевшей на поверхностях лабиринтного канала, чем исключаются выбросы газообразных продуктов горения после окончания активной работы генератора в расчетном термодинамическом режиме пожаротушения.
Автоматически воспламеняемый замедлительный заряд огнепередаточного устройства от послойно сгорающей функциональной шашки при выходе фронта горения на верхний торец посредством локализованного теплового импульса в свою очередь инициирует горение газогенерирующего заряда.
Ограничение газогенерирующего заряда сверху многослойной кольцевой перемычкой, плотно примыкающей к корпусу и термоизолирующей обечайке центрального трубопровода, обтюрирует прорыв газов в ресивер, направляя весь газовый поток через проницаемый слой антипирена в свободный объем генератора.
Насыпной слой антипирена является проницаемой аэродинамической преградой, через которую генерируемые газы под давлением распределенно распространяются в свободный объем генератора, захватывая частицы антипирена.
Частицы слоя насыпного антипирена, представляющие собой ингибиторы горения, через свободный к тому времени объем корпуса принудительно газом-носителем подаются в камеру сгорания, на дне которой подавляют горение осевшей конденсированной фазы, в результате чего пассивное действие генератора прекращается, что соответствует ТТУ его работы.
Кольцевая перемычка на слое антипирена дополнительно является с противной стороны дном ресивера под крышкой, где поступающая из центрального трубопровода огнетушащая смесь, образующаяся при горении функциональной шашки, перемешивается, охлаждается и накапливается, поднимая давление, которым струйно выбрасывается в охраняемый объем.
В примыкающей к крышке генератора цилиндрической обечайке с инжекционными окнами, в которой динамично распространяются струйные потоки аэрозоля, за счет создаваемого при этом разряжения происходит автоматический подсос наружного воздуха вовнутрь, где он обдувает тонкие струи аэрозоля, разбавляя и эффективно охлаждая его, образуя поток огнетушащей смеси на выходе из обечайки.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует, для специалиста по стационарным автоматическим устройствам для пожаротушения, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления генераторов аэрозоля на действующем пиротехническом производстве можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.
На чертеже схематично изображен генератор аэрозольного пожаротушения.
Цилиндрический корпус 1 генератора по изобретению закрыт по торцам теплоизолированными крышкой 2 с распределенными выходными отверстиями 3 и донной поперечиной 4, в которой закреплен воспламенитель 5 внешнего инициирования.
В корпусе 1 закреплен функциональный заряд 6 из набора канальных пиротехнических шашек торцевого горения, которые через термоизолирующую трубку 7 из асбокартона примыкают к металлическому трубопроводу 8 коммуникации камеры 9 сгорания с ресивером 10 под крышкой 2.
На верхнем торце пиротехнического заряда 6 в слое 11 насыпного антипирена помещено замедлительно-воспламенительное устройство 12, преимущественно пиротехнический стопин, примыкающее к газогенерирующему заряду 13, покрытому многослойной кольцевой перемычкой 14, закрепленной между корпусом 1 и трубкой 7, формообразуя ресивер 10.
Газогенерирующий слой 11 антипирена ограничен поперечными сетками 15 (диафрагмами), уложенными соответственно на верхний торец функционального заряда 6 и под газогенерирующий заряд 13.
В корпусе 1 смонтированы радиальные оси 16 для установки в цапфах монтажного кронштейна 17, который крепится на опорах в охраняемом помещении, несущего пульт 18 ручного управления запуском.
При этом генератор поворачивают на осях 16, направляя его продольную ось на вероятный очаг возгорания.
На крышке 6 соосно закреплена обечайка 19, оснащенная в нижней части инжекционными окнами 20 для активного перемешивания всасываемого наружного воздуха с генерируемым аэрозолем, в результате чего внутри образуется поток тушащей смеси, выбрасываемый из открытого торца обечайки 19 в очаг возгорания.
Температура тушащей смеси резко снижается в дополнительном охладителе - обечайке 19 до уровня 80-100°С на выходе.
Функционирует генератор следующим образом.
При возникновении пожара в охраняемом помещении от превышения заданного уровня температуры и/или задымленности от извещателей противопожарной системы, или вручную с пульта 18 на кронштейне 17 генератор запускается в работу, соответственно автоматически или оператором.
Управляющим импульсом инициируется воспламенитель 5, форсом огня с которого поджигается пиротехническая шашка 6 торцевого горения.
При горении функционального заряда 6 генерируется аэрозоль, содержащий ингибиторы горения, который заполняет камеру 9 сгорания и через центральный канал трубопровода 8, который выполняет функции теплообменника, отбирая часть тепловой энергии от горячих газообразных продуктов горения, поступает в ресивер 10 под крышкой 2, где аэрозоль перемешивается, выравнивая давление и охлаждается.
Из ресивера 10 аэрозоль струйно выбрасывается через распределенные отверстия 3 тонкими струями в обечайку 19, где происходит эжекция наружного воздуха вовнутрь.
Относительно холодный воздух, тангенциально поступающий в обечайку 19, обдувает струи аэрозоля, эффективно охлаждая его, и перемешивается, образуя тушащую смесь на выходе из генератора.
Направленный на очаг возгорания поток тушащей смеси сбивает пламя и заполняет замкнутый объем помещения. Содержащиеся в тушащей смеси ингибиторы активно прерывают цепную окислительно-восстановительную реакцию, прекращая развитие горения.
При достижении в охраняемом объеме заданной концентрации ингибиторов горения пожар полностью подавляется.
Когда фронт горения шашки 6 выходит на верхний ее торец, воспламеняется замедлительно-воспламенительное устройство 12, время послойного линейного горения которого составляет задержку, достаточную для полного сгорания заряда 6.
Тепловым импульсом от догоревшего устройства 12 воспламеняется заряд 13, генерирующий большой объем газов, которые возросшим давлением через ограничивающие диафрагмы 15 и насыпной слой 11 антипирена выбрасываются в пустой к тому времени объем генератора.
При прохождении слоя 11 генерируемые зарядом 13 газы захватывают частички антипирена и диспергируют их внутри свободного объема генератора, где они подавляют тление осевшей конденсированной фазы, в результате чего выход функционального аэрозоля полностью прекращается.
Вынесенные в охраняемый объем частички анипирена выполняют действие по назначению, активно воздействуя на тлеющие материалы, исключая тем самым развитие очагов возгорания.
Проведенные испытания опытных образцов генераторов предложенной конструкции подтвердили высокую эффективность пожаротушения, что позволяет рекомендовать ее для серийного изготовления и поставки заказчикам.