СПОСОБ РАСПЫЛЕНИЯ ОГНЕТУШАЩЕГО ВЕЩЕСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SPRAYING FIRE EXTINGUISHING SUBSTANCE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно к тушению пожаров классов А, В, С, Е, и может быть использовано на транспортных средствах.
Известен способ распыления огнетушащего вещества и устройство для его реализации (патент №2173193, заявка №2000122326, дата публикации 24.08.2000, дата приоритета 10.09.2001, класс МПК А62С 31/05). Известный способ осуществляют путем соударения под давлением пар струй жидкостного огнетушащего вещества с расположением струй в каждой паре под углом встречи 60±5° и внешней струи каждой пары параллельно оси подачи огнетушащего вещества и создают разнофокусные факелы распыла, которые перекрывают друг друга на уровне оптимальной концентрации используемого огнетушащего вещества. Каждый факел распыла огнетушащего вещества формируют из набора струй мелкодисперсного водного раствора в виде объемной геометрической фигуры, например конуса, переходящего в цилиндр. Струи, попадая на поверхность горения, разбивают ее на отдельные изолированные друг от друга зоны горения. Фокусное расстояние каждого факела распыла и его форму создают поворотом формирующих его пар струй относительно точки их встречи на угол от нуля до +20°.
Недостатком известного способа является то, что огнетушащее вещество (жидкость) распыляется неравномерно, имеется риск несовпадения особо опасных зон с зоной оптимальной концентрации огнетушащего вещества.
Известны зарубежные системы пожаротушения для автомобилей (патент США №5590718, дата приоритета 13.10.1995, класс МПК А62С 3/07, НКИ 169/62).
Система пожаротушения для автомобиля или катера имеет резервуар с огнетушащим веществом соединенный с соплами для сброса огнетушащего вещества при помощи удлиненной трубы. Дополнительные сопла могут быть соединены с трубой при помощи коллектора. Для регулирования потока огнетушащего вещества используют клапан. Система оборудована датчиками.
Недостатком известной системы является то, что использование коллектора не позволяет равномерно распылять огнетушащее вещество, а также использование трубы затрудняет монтаж известной системы.
Наиболее близким к заявленному техническому решению (устройству) является модуль пожаротушения (патент РФ №2424839, заявка №2010124629, дата приоритета 17.06.2010, дата публикации 27.07.2011, класс МПК А62С 35/00). Известный модуль пожаротушения содержит заполненный огнетушащим средством герметичный корпус, в верхней части которого установлена камера с газогенерирующим зарядом с размещением, по крайней мере, части камеры внутри полости корпуса, а в нижней части смонтирован выпускной насадок с диафрагмой, снабженный системой каналов, выполненных в боковой и торцевой его стенках.
Недостатком известного модуля является использование трубы в качестве распределительного трубопровода и ограниченное количество насадок-распылителей, что снижает эффективность пожаротушения и затрудняет монтаж устройства.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности пожаротушения в стесненных условиях за счет создания объемного пожаротушения с использованием гибких трубопроводов и подачи огнетушащего вещества по всей защищаемой поверхности через каждую точку распыла.
Предлагается способ распыления огнетушащего вещества, включающий распыление огнетушащего вещества под давлением через систему трубопроводов и форсунок.
Отличием является то, что распыление осуществляют с использованием системы гибких трубопроводов, сформированной в плоскостях, разноориентированных относительно центральной оси, с рабочим давлением в системе от 0,5 МПа до 10,5 МПа и с возможностью создания разнонаправленных факелов распыления различной формы в каждой плоскости и подачи огнетушащего вещества через каждую форсунку в количестве до 2 кг в секунду с формированием области оптимальной концентрации огнетушащего вещества.
Предлагается два варианта выполнения устройства.
По первому варианту устройство для распыления огнетушащего вещества включает емкость, заполненную огнетушащим веществом, соединенную трубопроводами с распылительными насадками.
Отличием является то, что используют систему гибких трубопроводов, состоящую из центрального трубопровода и трубопроводов второго уровня, имеющих разный диаметр, трубопроводы второго уровня сформированы относительно центрального трубопровода и соединены между собой жестко для деления потоков под углом 90° и при отношении внутренних диаметров трубопроводов второго уровня к внутреннему диаметру центрального трубопровода не более 0,75 и не менее 0,5, используют распылительные насадки, формирующие разную форму факела распыления, соединенные с трубопроводами с возможностью изменения их направления и формирования оптимального распыления. Отличием является и то, что используют фитинговые соединения для закрепления распылительных насадок и тройниковые соединения трубопроводов.
По второму варианту устройство для распыления огнетушащего вещества включает емкость, заполненную огнетушащим веществом, соединенную трубопроводами с распылительными насадками.
Отличием является то, что используют систему гибких трубопроводов разной длины, сформированных в разных плоскостях и разноориентированных в пространстве, соединенных между собой жестко для деления потоков под углом 90°, используют распылительные насадки, формирующие разную форму факелов распыления, соединенные с трубопроводами с возможностью изменения их направления и формирования оптимального распыления.
Кроме того, устройство отличается и тем, что жесткое соединение гибких трубопроводов может быть выполнено путем соединения тройника к тройнику либо путем соединения фитинга к тройнику. Второй вариант устройства предполагает возможность модификации в стесненных условиях под конкретный размер двигателя.
При этом (по первому варианту выполнения устройства) при количестве форсунок от 2 до 8 шт. функцию центрального трубопровода с заданными формулой изобретения параметрами выполняет: гибкий трубопровод, проходящий от емкости с огнетушащим веществом до первого распределительного тройника; при количестве форсунок от 8 до 16 шт. - гибкий трубопровод от емкости с огнетушащим веществом до каждого второго распределительного тройника в каждой ветке распределения (вариант исполнения показан на фиг. 1); при количестве форсунок свыше 16 и до 32 шт. - гибкий трубопровод от емкости с огнетушащим веществом до каждого третьего распределительного тройника в каждой ветке распределения. Остальные трубопроводы в системе являются трубопроводами второго уровня. При этом трубопровод, имеющий больший диаметр и выполняющий функцию центрального, располагается ближе к емкости с огнетушащим веществом, т.е. от емкости (показано на фиг. 1 и обозначен 2). Количество форсунок может быть любым и зависит от предполагаемого назначения устройства: при каких условиях предполагается его использование.
Соединительная деталь (фитинг) - элемент газопровода, предназначенная для изменения его направления, присоединения, ответвления, соединения отдельных участков (Большой нормативно-технический словарь, Москва, ACT, 2007, с. 335).
Фитинг - соединительная деталь трубопровода, помещаемая в местах поворотов, переходов и разветвлений, а также для соединения основных прямолинейных звеньев труб (Большой энциклопедический политехнический словарь).
Для соединения гибких трубопроводов используется симметричный тройник, который является деталью любого трубопровода и служит для деления потоков транспортируемого вещества под углом 90°. При этом использование симметричного тройника является наиболее оптимальным.
В качестве распылительных насадок могут использоваться форсунки.
Термин «рабочее давление» означает наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается необходимый режим работы устройства.
Сущность предлагаемого устройства показана на фиг. 1, где предложена схема предлагаемого устройства, расположения системы трубопроводов (первый вариант), на фиг. 2, где показан возможный вариант формирования разнонаправленных факелов различной формы, осуществления предлагаемого способа и устройства, на фиг. 3, где показан один из вариантов размещения устройства и вариант формирования объемного пожаротушения в месте возможного возгорания на примере двигателя внутреннего сгорания, на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, где показана веерная форма факела в разных плоскостях, на фиг. 7, где показана конусная форма факела, на фиг. 8, где показан исполнение жестких соединений по п. 6 и п. 7 формулы по второму варианту предлагаемого устройства.
Емкость, заполненная огнетушащим веществом, показана 1, центральный трубопровод показан 2. В качестве гибких трубопроводов используются рукава высокого давления. При этом соблюдаются требования о соответствии их действующим стандартам: ГОСТ 6268-73, ГОСТ 25452-90, DIN EN 853, SAE100R5, 100R1.
Рукава высокого давления - это гибкие трубопроводы, трубки, способные выдерживать высокое давление при транспортировке жидкости (а также различных веществ). Их конструкция, как правило, представляет собой две резиновые трубки, помещенные одна в другую и имеющие армирующий слой. Армирующий слой может выполняться из металлической проволоки, эластичных прочных нитей. В отдельных случаях используют крученые текстильные нити. Гибкость и способность выдерживать высокое давление - эти два качества использованы в предлагаемом техническом решении. Предлагаемое устройство легко изменяет форму, может быть размещено в стесненных условиях. При этом возможны различные варианты расположения гибких трубопроводов в разноориентированных плоскостях. Примеры размещения трубопроводов (варианты) в разных плоскостях, разноориентированных в пространстве, с созданием объемного пожаротушения показаны на фиг. 2, фиг. 3. Кроме того, возможны и другие варианты. Третий независимый пункт формулы изобретения отражает возможность модификации устройства в пространстве, приспособления в стесненных условиях, что является существенным для возможности его промышленной применимости.
По первому варианту исполнения устройства (второй независимый пункт формулы изобретения) диаметр (внутренний) центрального гибкого трубопровода 2 больше диаметра всех других трубопроводов второго уровня 3, и при этом выдерживается соотношение между внутренними диаметрами трубопроводов второго уровня и внутренним диаметром центрального трубопровода не более 0,75 и не менее 0,5. Указанное соотношение диаметров получено и доказано практическим путем и позволяет задать среднее время выхода реагента от 5 сек до 25 сек, что существенно повышает эффективность пожаротушения. Распылительные насадки конусного типа показаны 4, веерного типа показаны 7. Соединение в виде симметричного тройника показано 5. Фитинги обозначены 6. Создание разнонаправленных факелов распыления различной формы в каждой плоскости (фиг. 2) и образование областей с оптимальной концентрацией огнетушащего вещества достигается за счет использования распылительных насадок с разным углом раскрытия факелов, а именно конусного типа 4 и веерного типа 7. На фиг. 2, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 факел веерного типа показан 8, на фиг. 2 и фиг. 7 факел конусного типа показан 9. За счет того что распылительные насадки расположены в разных плоскостях и разноориентированы по направлению распыления, создается плотное и объемное распыление огнетушащего вещества. На фиг. 3 показано формирование облака распыляемого вещества вокруг двигателя внутреннего сгорания. При этом перекрываются места возможного его возгорания, что доказывает эффективность предлагаемого способа и устройства для распыления огнетушащего вещества.
Создание факелов распыления в плоскостях, разноориентированных относительно центральной оси, проиллюстрировано на фиг. 2, фиг. 3 и наглядно представлено по формам создаваемого распыления на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, что подтверждает возможность использования признаков формулы изобретения в том виде, в каком признаки отражены в формуле изобретения. Следовательно, подтверждается промышленная применимость изобретения.
В системе предусмотрен диапазон рабочего давления от 0,5 МПа до 10,5 МПа. Давление в системе устанавливается автоматически в зависимости от вязкости и дисперсности огнетушащего вещества и площади распыления. По скорости движения вещества, диметрам трубопроводов второго уровня, вязкости распыляемого вещества задается характер движения. При этом учитывается, что потери напора в прорезиненных рукавах высокого давления на практике значительно выше потери напора в стальных (металлических) трубах, гидравлический расчет заключается в регулировании и подборе оптимального рабочего давления в системе. Кроме того, в зависимости от количества веток трубопроводов может происходить снижение скорости распыления. Этот фактор также регулируется заданным давлением в системе с учетом возникающего местного сопротивления в системе в местах соединений. Указанный в формуле диапазон рабочего давления является оптимальным и учитывает различные варианты исполнения устройства. Признак является существенным и находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
Использование гибких трубопроводов 2 и 3, выдерживающих пульсирующие нагрузки высокого давления, позволяет повысить эффективность предлагаемого устройства за счет возможности его монтажа в стесненных условиях транспорта. Кроме того, возможность разноориентированного распыления огнетушащего вещества в одинаковом объеме через каждую распылительную насадку позволяет защитить всю поверхность и предотвратить возгорание. При этом устройство выдерживает высокое давление, возникающее при распылении огнетушащего вещества. Признак является существенным и влияет на повышение эффективности и надежности при тушении пожаров.
Для соединения гибких трубопроводов 2 и 3 между собой используется жесткое соединение для деления потоков вещества под углом 90° (тройник). На стыке происходит разделение потоков при этом возникает рост местного гидравлического сопротивления, образуется турбулентный вихрь. Следовательно, использование жесткого соединения в виде тройника 5 позволяет выдержать возникающие нагрузки и повышает надежность работы всего устройства. Кроме того, под давлением происходит разбивание потока в симметричном тройнике на две равные по объему части, что следует из основного закона гидродинамики. При входе в тройник скорость потоков при разделении несколько снижается, а затем при входе в гибкие трубы скорость восстанавливается. Изменяется режим перемещения вещества. Процесс повторяется по мере того, как происходит очередное деление потока в симметричном тройнике. При этом частицы огнетушащего вещества, попадающие регулярно в турбулентный вихрь, за счет аэродинамической силы потока получают дополнительное ускорение. При этом обеспечивается высокая скорость полета частиц распыляемого вещества. За счет перераспределения массы огнетушащего вещества по системе трубопроводов на выходе через каждую форсунку в секунду распыляется до 2 кг/сек. За счет этого достигается монодисперсность распыления и достаточная плотность распыляемого потока. При практических испытаниях предлагаемого устройства производились замеры распыляемого вещества, и признак подтвержден на практике. Следовательно, признак находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом и является существенным.
Распылительные насадки конусного типа показаны 4, веерного типа показаны 7. Использование распылительных насадок конусного типа 4 и веерного 7 позволяет создать факелы распыления различной формы (фиг. 2, фиг. 3). Использование конусных и веерных форсунок создает оптимальный режим распыления огнетушащего вещества. Разнонаправленность факелов распыления и использование распылительных насадок с возможностью создания факелов распыления разной формы позволяют обеспечить объемное пожаротушение (фиг. 3), что значительно повышает надежность и эффективность тушения пожара. Конусные форсунки 4 при распылении образуют равномерное распределение огнетушащего вещества с постоянным углом раскрытия, обеспечивая при этом кругообразное распыление 9 (фиг. 2, фиг. 7). Одновременно веерные форсунки 7 создают плоскофакельное распыление с углом раскрытия от 120° до 180°, обозначено 8 (фиг. 2, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6). Кроме того, разнонаправленность факелов распыления позволяет обеспечить орошение всей защищаемой поверхности. Признак формулы изобретения «с возможностью создания разнонаправленных факелов распыления различной формы в каждой плоскости» является существенным и находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
Использование фитинговых соединений 6 позволяет менять направление факелов распыления, изменяя при этом направление распылительных насадок 4 и 7. Таким образом, предлагаемое устройство универсально в применении. На фиг. 2 и на фиг. 3 показаны варианты возможного размещения устройства.
В качестве распылительных насадок 4 и 7 могут быть использованы форсунки разной дисперсности (мелкодисперсные и крупнодисперсные). Дисперсность распылительных насадок (форсунок) подбирается в зависимости от свойств распыляемого огнетушащего вещества. Распылительные насадки 4 и 7 соединяются с Т-образным тройником 5 фитингом 6.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Под давлением подается огнетушащее вещество из емкости 1 через центральный гибкий трубопровод 2 в трубопроводы 3 и далее к распылительным насадкам 4 или 7. При этом использование в качестве соединительных элементов, например, Т-образных тройников (жестких соединений) позволяет повысить надежность устройства при распределении огнетушащего вещества по трубопроводам разного диаметра. На стыке возникает область повышенного давления, и использование именно в этой области жесткого соединения, например тройника, позволяет перераспределить давление и получить равномерное распределение огнетушащего вещества по трубопроводам 3. Использование соединения фитингом 6, распылительных насадок 4 или 7 и тройника 5 позволяет менять направление распылительного сопла насадки и направление распыления, что существенно повышает эффективность пожаротушения. Кроме того, именно это техническое решение позволяет расширить сферу применения устройства, его функциональные возможности.
По второму варианту исполнения устройства допускается отсутствие в системе любого из участков гибкого трубопровода с использованием жесткого соединения типа тройник-тройник либо фитинг-тройник. Виды соединений проиллюстрированы на фиг. 8 и обозначены 10. В данном случае отдельные ветки гибкого трубопровода могут быть заменены на соединение типа тройник-тройник либо фитинг-тройник, что усиливает жесткость соединения и может быть востребовано в случае необходимости значительного повышения давления в системе либо на очень коротких участках, где не эффективно использовать трубопроводы вообще. При этом используют трубопроводы разной длины, а на отдельных участках трубопровода вообще нет. Признак является существенным и влияет на эффективность распыления в стесненных условиях.
Предлагаемый способ распыления огнетушащего вещества и устройство для распыления огнетушащего вещества образуют единый изобретательский замысел. Предлагаемый способ и устройство направлены на получение одного и того же технического результата. При этом при использовании устройства автоматически осуществляется предлагаемый способ. Следовательно, соблюдены требования единства трех изобретений, образующих единый изобретательский замысел.
Использование предлагаемого устройства и осуществление при этом предлагаемого способа позволяют создать оптимальное объемное пожаротушение как в больших защищаемых объемах, так и в стесненных условиях, что позволяет избежать наличия «теневых зон», позволяет легко модифицировать как само устройство, так и расположение распылительных насадок, использовать разные варианты соединений и варианты формирования гибких трубопроводов в пространстве, формируя при этом направление и форму распыления. Изобретательский уровень предлагаемых изобретений заключается в мобильности и универсальности предлагаемого технического решения и обеспечении при этом эффективности пожаротушения за счет формирования объемного пожаротушения.
Предлагаемый способ и устройство эффективны, экономичны и с успехом могут заменить дорогостоящие импортные аналоги. Опытные образцы устройства изготовлены и прошли первые испытания, которые подтвердили его эффективность и промышленную применимость.