ОГНЕТУШАЩИЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к технике пожаротушения с применением диспергированной воды (ДВ) и может использоваться для тушения различных пожаров, как на открытой местности, так и в помещениях.
Известны различные методы тушения пожаров с помощью ДВ с размером капель - 100 мкм и менее (см. например: Повзик Я.С. Пожарная тактика. //М: ЗАО «СПЕЦТЕХНИКА», 1999, с.39 [1]) Высокая эффективность использования ДВ обусловлена ее огромной удельной поверхностью и возможностью охватить значительно больший объем по сравнению с компактной струей, что позволяет обеспечить быстрое охлаждение горячей зоны пожара. Вместе с тем имеются принципиальные проблемы в реализации этих методов на практике для тушения реальных, особенно крупномасштабных пожаров. Дело в том, что мелкие капли (размером - 100 мкм) очень сильно тормозятся в газовой среде (с уменьшением размера частицы длина ее пути торможения в газе уменьшается). Дробление капель ДВ, возможное при их движении в газе, дополнительно препятствует их проникновению в пожар. В большинстве известных методов источник ДВ (в качестве которого обычно используются различные устройства с форсунками, соплами, пульсаторами давления и др.) располагается вне зоны пожара. В этом случае капли ДВ из-за их торможения в газе и дробления вообще могут не проникнуть в ядро большого пожара (т.е. в его наиболее горячую область) и будут увлечены периферийным течением газа вверх.
Известно огнетушащее импульсное устройство (Патент РФ №2111032 кл. А62С 3/02, В64Д 1/16 от 20.05.98 [2]), в котором контейнер с огнетушащим веществом и зарядом взрывчатого вещества (ВВ) доставляется к месту пожара при помощи вертолета, сбрасывается в зону пожара, и заряд ВВ подрывается, образуя облако диспергированного огнетушащего вещества (ОВ).
Недостатком такого устройства является возможность появления осколков и воздушной ударной волны, опасных для здоровья и жизни людей.
В описании патента РФ (Патент РФ 2295370, кл. А62С 3/00, опубл. 20.03.07 [3]) (прототип) предлагается для тушения пожаров применение огнетушащих элементов в виде герметичных капсул, заполненных водой (или другой огнетушащей жидкостью (ОЖ). При этом форма и размеры оболочки капсулы выбраны из условия обеспечения парового взрыва огнетушащей жидкости в течение малого, в пределах нескольких секунд, времени после начала нагрева оболочки пламенем пожара. При паровом взрыве капсулы с характерным размером 3-5 мм образуется облако ДВ. Характерные размеры такого облака относительно невелики (~0.2 м). При этом предполагается, что при взрыве каждой из капсул разлет ДВ будет происходить приблизительно равномерно по пространству, и при взрыве большого количества капсул эти облака будут смыкаться, образуя единое большое облако.
В [3] предлагается изготавливать капсулы в виде сфер или отрезков цилиндрических трубок с характерным размером 3-5 мм.
По результатам наших экспериментов с капсулами их разрушение при паровом взрыве происходит произвольным образом. Размер образовавшихся осколков зависит от хрупкости материала, из которого выполнена капсула. Например, капсулы из стекла разрушаются с образованием осколков с характерным размером 1-3 мм и менее. Но даже и в этой ситуации облако ДВ приблизительно регулярной формы образуется только в случае цилиндрических, протяженных капсул. При взрыве сферических стеклянных капсул (диаметром 5-7 мм) формируется облако ДВ, сильно отличающееся от сферической формы.
При взрыве цилиндрических капсул из металла разрушение капсулы происходит с образованием трещины вдоль образующей цилиндрического корпуса капсулы.
Недостаток огнетушащего элемента состоит в том, что при паровом взрыве такая капсула разрушается произвольным образом и, вследствие этого, нет возможности управлять формой облака ДВ, образующегося при паровом взрыве капсулы.
Техническим результатом настоящей полезной модели является возможность управления формой облака диспергированной огнетушащей жидкости (ДОЖ), в частности, формой облака ДВ.
Этот результат достигается следующим образом. Известный огнетушащий элемент представляет собой герметичную капсулу, заполненную огнетушащей жидкостью, причем форма и размеры капсулы выбраны из условия обеспечения парового взрыва огнетушащей жидкости в течение малого времени после начала нагрева капсулы пламенем пожара. Новым в заявляемом огнетушащем элементе является то, что капсула выполнена составной и составные части капсулы соединены веществом, теряющим прочность при заданной температуре парового взрыва.
Капсула может быть выполнена из металла, а в качестве соединяющего вещества использован припой.
В основе технического решения лежит идея разработки конструкции капсулы, заранее, до парового взрыва, предопределяющей форму создаваемого при паровом взрыве капсулы облака ДОЖ.
В качестве огнетушащей жидкости в капсулах наиболее вероятно использование воды в силу ее уникальных теплофизических свойств, доступности, экологичности и низкой стоимости. В наших экспериментах с капсулами паровой взрыв реализовался при температуре воды приблизительно <250°C (соответственно, давление перегретой воды в капсуле было приблизительно <4 МПа). При таких температурах большинство конструкционных материалов сохраняло прочностные свойства. В то же время можно подобрать соединяющее вещество, которое разрушается при таких температурах. Поэтому можно изготавливать капсулы путем соединения составных частей, скрепляя их веществом с температурой разрушения менее 250°C. Например, при изготовлении капсулы из металла, составные части капсулы могут соединяться методом пайки с температурой плавления приблизительно <250°C.
Можно представить себе сферическую (или цилиндрическую) капсулу из металла, собранную из двух одинаковых половин и спаянную припоем с температурой плавления около 200°C. При достижении водой в капсуле температуры плавления (например, 200°C) корпус капсулы будет распадаться симметричным образом на две одинаковые половины, и, тем самым, будет обеспечено образование симметричного регулярного и воспроизводимого облака ДВ.
Реализуются также и другие возможности управления формой создаваемого облака ДВ. В частности, в одном из экспериментов была испытана цилиндрическая капсула с металлическим корпусом, к торцу которой было припаяно донце из фольги припоем с температурой плавления около 200°C. В результате, при достижении водой температуры 200°C (которая контролировалась термопарой) произошло расплавление припоя, и донце отлетело. При этом образовалось облако ДВ в форме затопленной струи, сохраняющееся на расстоянии более метра.
Подобные капсулы могут найти применение при решении некоторых практических задач. Например, при необходимости тушения пламени в замкнутом объеме ограниченных размеров.
Имеются и другие преимущества заявляемого огнетушащего элемента.
Во-первых, реализуется возможность изготовления капсул из металлов.
Во-вторых, существенно расширяются возможности достижения синхронного парового взрыва ансамбля капсул.
Условия разрушения капсул с цельным корпусом определяются прочностными свойствами материала, из которого они изготовлены, а также геометрией капсулы (толщиной стенки, наличием дефекта). Как показывает практика, в этом случае сложно добиться высокой синхронности взрыва капсул.
В то же время, в случае составных капсул из металла их разрушение будет определяться одним параметром: температурой плавления припоя, при помощи которого они соединены.
Эта величина строго постоянная, и поэтому это, в принципе, обеспечивает возможность высокой степени синхронизации взрыва ансамбля капсул.
Таким образом, предложенное усовершенствование огнетушащего элемента позволяет управлять формой облака ДВ, образующегося при паровом взрыве капсул, расширить возможности изготовления капсул, в частности, создать капсулы из металла, и, наконец, облегчить возможность достижения синхронного парового взрыва ансамбля капсул.