УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно, к средствам локализации и тушения низовых лесных пожаров (НЛП).
Низовые лесные пожары наносят экологический вред, кроме того, приводят к возникновению верховых повальных лесных пожаров, уничтожающих сотни гектаров леса, угрожающих населенным пунктам и промышленным объектам [1].
Известны способы и устройства для локализации и тушения низовых лесных пожаров, например, созданием минерализованных полос с помощью шнуровых зарядов ПЖВ - 20 и ЭШ - 1П, при подрыве которых образуется минерализованная полоса, препятствующая распространению низового лесного пожара [2].
Использование шнуровых зарядов не обеспечивает достаточной безопасности проведения работ, имеют место случаи гибели обслуживающего персонала, выполняющего взрывные работы. Кроме того, стоимость изготовления шнуровых зарядов, особенно ЭШ - 1П, велика.
Известно использование ударных волн для локализации и тушения лесных пожаров [3].
Наиболее близким техническим решением предлагаемого изобретения является устройство по патенту РФ №1796204, МКИ А62С 2/00 [4], которое состоит из генератора слабых ударных волн (стрелковое оружие АК), порохового заряда (охолощенные патроны D - 7.62), механизма инициирования заряда (капсюль - детонатор) и газоотводной трубы (ствол автомата). Газоотводная труба оборудована отражающим экраном (параболическим насадком), размещенным на выходном участке газоотводной трубы (выбрано за прототип).
Недостатками указанного устройства являются низкое значение давления газа во фронте ударной волны и узкая ширина фронта ударной волны (основные воздействующие факторы). Кроме того, известное устройство не безопасно для обслуживающего персонала, поскольку эффективное расстояние от среза выходного отверстия насадка до фронта пожара составляет 1,0-1,5 м.
Технической задачей изобретения является обеспечение более эффективного и безопасного тушения низовых лесных пожаров.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем генератор слабых ударных волн, пороховой заряд, механизм инициирования заряда и газоотводную трубу с насадком, упомянутый насадок выполнен в виде конфузора (усеченного конуса), входной диаметр которого равен выходному диаметру газоотводной трубы, упомянутые отверстия совмещены в одной плоскости, угол раствора конфузорного насадка составляет величину в пределах 45-55 градусов, а его образующая выполнена такой величины, что отношение диаметра выходного отверстия конфузорного насадка к диаметру газоотводной трубы лежит в пределах 0,15-0,7.
Описанный конфузорный насадок может быть сменным, например, крепиться к трубе с помощью известного разъемного соединения. На фиг.1 показана общая схема предложенного устройства. На фиг.2 показана изменение давления при варьировании угла раствора конфузорного насадка и диаметра его выходного отверстия.
На фиг.3 приведена схема тушения пожара пересжатыми ударными волнами. Устройство (фиг.1) состоит из стальной цилиндрической трубы 1 с крышкой 2, механизма для инициирования ударных волн 3, насадка конической формы 4. Для генерации ударной волны используются продукты взрыва пиропатрона, который вставляется в отверстие, расположенное в крышке ударной трубы, и инициируется ударным механизмом (на рисунке не показаны). Удар по патрону порождает в трубе ударную волну, перемещающуюся до фронта пожара.
В экспериментах параметры волны контролируются измерителями 5. Заявленная конструкция не ограничивается приведенными на фиг.1 и фиг.2 размерами, которые даны для ориентировки.
Заявленное устройство для локализации и тушения низовых лесных пожаров работает следующим образом. После инициирования порохового заряда в трубе 1 (см. фиг.1) формируется слабая ударная волна. При выходе из отверстия трубы ударная волна распространяется с фронтом, близким к сферическому, отражается от внутренней поверхности конфузорного насадка 4 и фокусируется, при этом давление во фронте ударной волны повышается. Конфузор 4 направляет пересжатую ударную волну в зону лесного пожара, которая сбивает фронт пламени, прекращая тем самым процесс горения.
Результаты лабораторных опытов по измерению давления при варьировании угла раствора конфузорного насадка φ и диаметра выходного отверстия конфузорного насадка D1 показаны на фиг.2. Давление Р измерено с помощью датчиков и приведено в делениях шкалы осциллографа (1,2 del=1 атм.).
На фиг.2. приведены графики давления при различных конструктивных параметров устройства. Анализ показывает, что оптимальные значения существенных признаков φ и D1 устройства, при которых наблюдается наибольшая интенсификация ударной волны, лежат в пределах φ=45-55 градусов для угла раствора φ конфузорного насадка и в пределах D1=0,15-0,7 диаметра выходного отверстия конфузорного насадка D1, где D0 - диаметр используемой газоотводной трубы. При диаметрах D1, меньших нижнего предела, эффективность резко уменьшается по причине высокого гидравлического сопротивления конфузора. Увеличение диаметра D1 выше верхнего предела не целесообразно, т.к. практически не оказывает влияния на пересжатую ударную волну.
Пример конкретного применения предлагаемого устройства.
Предложенное устройство испытано в натурных условиях, смоделированных на лабораторном полигоне для изучения низовых лесных пожаров. В передней кромке лесных горючих материалов (ЛГМ), состоящих из опада листвы, хвои инициировался фронт НЛП, после чего осуществлялось его тушение ударными волнами. Применялись газоотводные трубы диаметром D0=0,05-0,08 м и длиной 6-8 D0. Схема тушения фронта НЛП пересжатыми ударными волнами представлена на схеме фиг.3.
Преимущества перед устройством-прототипом.
Предлагаемое изобретение обеспечивает эффективное, надежное и безопасное тушение низового лесного пожара, т.к. ширина фронта ударной волны больше, чем ширина фронта ударной волны в устройстве-прототипе (дезинтеграторе низовых лесных пожаров), за счет чего происходит более эффективное и полное сбивание пламени во фронте пожара. При заявленных конструктивных признаках эффект сбивания фронта пожара достигает 97-100% и
происходит с расстояния 2 м и более, что соответствует требованиям к безопасности проведения работ по тушению лесных пожаров [2].
Источники информации.
1. Гришин A.M. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. - Новосибирск: Наука, 1992. - 408 с.
2. Указания по обнаружению и тушению лесных пожаров. - М.: Гослесхоз СССР, 1976. - 110 с.
3. Гришин A.M., Голованов А.Н., Ануфриев И.С., Лоцман A.M. Взаимодействие ударных волн с продуктами пиролиза лесных горючих материалов // Экологические системы и приборы. - 2005. - №7. - С.38-40.
4. Патент РФ №1796204, МКИ А62С 2/00, А.Н.Гришин, В.А.Антонов, Л.Ю.Наймушина, А.Н.Голованов. Способ локализации и тушения лесных пожаров. Заявл. 08.10.90. Опубл. 23.02.93. Бюл. №7.