СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ В ПОМЕЩЕНИЯХ
METHOD OF FIRE EXTINGUISHING IN PREMISES

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности к способам подавления и тушения возгораний, и может быть использовано при тушении пожаров в жилых, производственных и складских помещениях, а также при ликвидации возгораний на промышленных и общественных объектах.
Известен способ пожаротушения в помещениях (RU 2370292 С2, МПК A62C 3/00 (2006.01), A62C 35/02 (2006.01), A62C 27/00 (2006.01), опубл. 20.10.2009), включающий отбор огнегасящей капельной жидкости и ее импульсную подачу на поверхности горящих объектов, причем огнегасящую жидкость распыляют равномерно по всему объему помещения с орошением стен и всех поверхностей находящихся в нем объектов. Последующие импульсные подачи осуществляют в начале очередной активизации пожара, а длительность импульсной подачи выбирают из расчета достижения такого состояния, когда все помещение одновременно занято движущимися частицами воды или пара. Необходимое количество жидкости в каждой импульсной подаче и время импульсной подачи определяют из приближенных неравенств:
m>W/w,
τ>L/V,
где m - масса воды в одной импульсной подаче, кг;
3
W - вместимость помещения, м;
3
w - удельная паропроизводительность для воды, равная приблизительно 1,7 м/кг;
τ - время импульсной подачи жидкости, с;
L - расстояние от распылителя до наиболее удаленной точки помещения, м;
V - линейная скорость истечения жидкости из распылителя, м/с.
Недостатком способа наряду с сильным заливом всей площади помещения водой является трудность его реализации, связанная с необходимостью прогностического определения момента очередной активизации пожара, а также подсчета времени распыления и массы затрачиваемой при распыле воды.
Известен способ тушения пожаров (SU 1789234 A1, МПК5 A62C 2/00, опубл. 23.01.1993), заключающийся в том, что создают распыленную струю воды с переменной по ее сечению дисперсностью и подают ее на очаг пожара с распределением дисперсности от наименьших ее значений в центре очага пожара до наибольших на его периферии. Синхронно с процессом уменьшения интенсивности и площади горения увеличивают дисперсность по всему сечению струи до максимальной величины, а телесный угол факела распыленной струи уменьшают до минимального размера.
Недостатком этого способа является чрезмерный расход воды при повышении дисперсности потока по всему сечению струи при сужении телесного факела распыла. Способ сложно реализовать на практике, так как требуется слежение в режиме реального времени за интенсивностью и площадью горения.
Известен способ тушения пожаров (SU 1247019 A1, МПК4 A62C 1/06, опубл. 30.07.1986), заключающийся в подаче распыленной струи воды на очаг пожара, причем распыленную струю создают с переменной по сечению струи дисперсностью, а подачу на очаг пожара осуществляют с увеличением дисперсности от центра очага пожара к его периферии.
Конечным итогом такого воздействия является равномерное орошение горящей поверхности водой, что при продолжительном воздействии приводит к значительному расходу воды, а также заливу ей помещения. Ущерб от такого воздействия может намного превышать убытки, причиненные самим пожаром. В условиях реального пожара довольно сложно оценивать, где находится его центр, а где периферия. При неправильном определении точного месторасположения очага возгорания процесс горения в областях, не охваченных капельным потоком, продолжается, и пламя из таких областей способно распространяться далее.
Известен способ тушения пожаров (RU 2051714 C1, МПК6 A62C 2/00, опубл. 10.01.1996), выбранный в качестве прототипа, включающий перекрестную подачу на очаг пожара водяных завес с образованием локальных замкнутых зон обрабатываемого участка очага пожара, причем водяные завесы формируют в одной точке посредством насадка, обеспечивающего исключения механического разрушения водяных завес.
Недостатком этого способа является сложность его реализации, так как требуется специальное устройство, выполненное в виде насадка к пожарному стволу, содержащее корпус с каналом для воды и выходное отверстие, причем для перекрестной подачи на очаг пожара водяных завес в выходном канале установлены с зазором между собой рассекатели квадратного или прямоугольного сечения с образованием между ними выходных щелей для жидкости в перекрестных направлениях, а каждый рассекатель имеет по крайней мере по одной перемычке с каждой стороны или общую перемычку, расположенную в вершинах квадрата или прямоугольника.
При тушении пожаров в помещениях требуется использование большого количество таких устройств пожаротушения. Главный огнетушащий эффект способа - это предотвращение доступа кислорода к очагу пожара, однако в центральной области распыла угасание пламени происходит быстрее, а на периферии требуется существенно большее время, что приводит к перерасходу тушащего состава. Кроме того, не происходит орошение непосредственно очага горения внутри каждой локальной замкнутой зоны, что также увеличивает продолжительность тушения.
Предложенное изобретение расширяет арсенал средств тушения пожаров в помещениях.
Способ тушения пожаров в помещениях, так же как в прототипе, включает перекрестную подачу на очаг пожара водяных завес с образованием локальных замкнутых зон обрабатываемого участка очага пожара.
Согласно изобретению одновременно формируют локальные замкнутые зоны, используя n распылительных устройств, расположенных на расстоянии  друг от друга в верхней части помещения, так что любые три рядом размещенные устройства расположены в вершинах равностороннего треугольника. Расстояние  между распылительными устройствами определяют из выражения:
где h - высота установки распылительных устройств;
α - угол раскрытия факела распылительного устройства.
Распыленную струю каждого распылительного устройства создают с переменной по сечению струи дисперсностью, в которой на периферии факела распыла находятся капли с радиусами от 0,3 мм до 0,6 мм, а внутри факела распыла - капли с радиусами от 0,005 мм до 0,17 мм.
Предлагаемым способом тушения пожаров реализуется одновременно два механизма тушения. Во-первых, крупные капли воды с радиусами от 0,3 мм до 0,5 мм на периферии потока препятствуют притоку кислорода в область горения. Во-вторых, мелкие капли воды с радиусами от 0,005 мм до 0,17 мм, находящиеся внутри факела распыла, интенсивно испаряясь, снижают температуру пламени и охлаждают зону горения, а образовавшийся водяной пар проникает в труднодоступные места помещения, нейтрализуя там процесс горения. Кроме того, использование одновременно n распылительных устройств разделяет всю площадь помещения на n локальных замкнутых зон, что, в свою очередь, позволяет локализовать отдельные очаги возгорания и воспрепятствовать переходу пожара из зоны в зону.
С использованием экспериментального стенда на базе панорамных оптических методов «Particle Image Velocimetry», «Particle Tracking Velocimetry», «Interferometric Particle Imaging» и «Shadow Photography» проведены исследования по определению полноты испарения капель воды. Экспериментально установлено (Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Экспериментальное исследование полноты испарения распыленной воды при ее движении через пламя // Пожаровзрывобезопасность, 2013. - №10. - С. 15-24), что капли с радиусами менее 0,17 мм испаряются практически полностью при прохождении расстояния в 1 м в высокотемпературной газовой среде. Таким образом, использование внутри факела распыла капель с радиусами более 0,17 мм нецелесообразно, так как они, не испарившись полностью, будут заливать помещение излишками воды. Создание внутри факела распыла капель с радиусами менее 0,005 мм затруднительно. Использование на периферии факела распыла капель с радиусами от 0,3 мм до 0,6 мм обусловлено тем, что они, испаряясь не более чем на 10-15%, способны достигнуть основания (пола) помещения, создав барьер, препятствующий притоку окислителя внутрь факела распыла форсунки. Капли с радиусами менее 0,3 мм способны испариться на 15-50%, что в свою очередь будет снижать плотность капельного потока на периферии факела распыла форсунки и способствовать уменьшению защитных свойств такой струи в отношении притока окислителя. Использование на периферии факела распыла капель с радиусами более 0,6 мм приводит к необходимости увеличения расхода воды на распылительное устройство в 2-3 раза, что экономически нецелесообразно.
На фиг. 1 приведен пример размещения распылительных устройств для разделения площади пожара на локальные замкнутые зоны, где а) - вид сбоку, б) - вид сверху.
В таблице 1 приведены значения затраченных на тушение очага пожара объемов воды в зависимости от радиусов капель на периферии и внутри факела распылительного устройства.
2
Были созданы модельные очаги пожара, состоящие из брусков сосны сечением 0,05 м и длиной 0,5 м. Модельные очаги конструировались в соответствии с методикой, описанной в ГОСТ Р 51057-2001. Площадь очагов составила 0,25 м, высота - 0,5 м. Модельные очаги пропитывали керосином марки ТС-1, после чего осуществляли их зажигание. Средняя температура продуктов сгорания, измеренная хромель-алюмелевыми термопарами, составила 1100 К. В качестве тушащего вещества использовали воду.
В качестве распылительных устройств использовали четыре форсунки 1 типа ТФ0902 с заполненным факелом распыла и углом раскрытия факела распыла 2 α=50°. Форсунки 1 закрепляли над очагом пожара на металлическом каркасе на высоте h=0,5 м на расстоянии друг от друга  в вершинах ромба, образованного двумя равносторонними треугольниками. Форсунки 1 были подключены к баку с водой, который соединен с воздушным компрессором.
Для задания необходимого диапазона размеров генерируемых капель изменяли давление в баке с водой. Перед началом испытаний определяли размеры генерируемых форсунками капель. Для определения размеров капель воды в распыленной струе использовали систему диагностики двухфазных газо-, парожидкостных потоков, работающую на базе оптических методов «Particle Image Velocimetry» и «Interferometric Particle Imaging» (Волков P.C., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Экспериментальное исследование полноты испарения распыленной воды при ее движении через пламя // Пожаровзрывобезопасность, 2013. - №10. - С. 15-24).
Форсунки 1 генерировали распыленные струи воды, обеспечивая при достижении струи воды модельного очага пожара перекрытие факелов распыла 2 рядом расположенных форсунок 1. При этом вся площадь модельного очага пожара разделялась на четыре локальные замкнутые зоны. Крупные капли радиусом от 0,3 мм до 0,6 мм, расположенные на периферии факела распыла 2 каждой струи воды, препятствовали доступу кислорода внутрь локальной замкнутой зоны. А мелкие капели воды с радиусами от 0,005 мм до 0,17 мм, находящиеся внутри факела распыла 2, интенсивно испарялись. Образовавшееся в результате испарения капель паровое облако заполняло весь объем внутри каждого факела распыла 2 и вытесняло кислород из зоны пожара.
Как видно из таблицы 1, оптимальные, с точки зрения объема затраченной на тушение воды, значения радиусов капель воды составили от 0,3 мм до 0,5 мм на периферии факела распыла 2 и от 0,01 мм до 0,15 мм внутри факела распыла 2.
Для тушения пожаров внутри помещения распылительные устройства размещают указанным образом, например на потолке, обеспечивая подвод воды под давлением к каждому устройству. Для автоматического включения и выключения распылительных устройств они должны быть интегрированы в состав автоматизированной системы пожаротушения, включающей комплект тепловых и дымовых датчиков.