СИСТЕМА ПОДАВЛЕНИЯ ПОЖАРА В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ
FIRE SUPPRESSION SYSTEM IN CONFINED SPACE

Данное изобретение относится к системе тушения пожара, возникшего в замкнутом пространстве, таком как грузовой отсек в пассажирском самолете, и для последующей беспрерывной борьбы с огнем в этом отсеке.
Для борьбы с огнем на борту самолета обычно применяется заливная система, использующая хладон в качестве огнегасящего компонента.
Методика и система подавления или тушения пожара в замкнутом пространстве описана в патенте DE 10051662 А1 и соответствующей заявке в США №2002/0070035 А1. По методике и системе, описанной в данной публикации, азот распространяется в замкнутом пространстве для того, чтобы вытеснить кислород, необходимый для поддержания огня. Методика и система по заявкам DE 10051662 A1 и №2002/0070035 А1 нацелена на достижение быстрого тушения пожара, а также на беспрерывное подавление огня в замкнутом пространстве. Для подавления огня содержание кислорода в замкнутом пространстве не должно превышать 12%. Для этого азот непрерывно подается в данное замкнутое пространство в определенном количестве. Система имеет в своем составе баки с азотом или генератор азота для обеспечения быстрой подачи определенного количества азота с высоким показателем расхода, а также мембранную систему для подачи неограниченного количества азота в течении продолжительного периода времени с более низким расходом.
Европейская заявка на патент ЕР 0,234,056 А1 описывает систему пожаротушения, для тушения огня в пассажирском салоне или в грузовом отсеке пассажирского самолета. Описываемая система пожаротушения включает в себя емкость для хранения и подачи сжиженного хладона, подача которого может осуществляться через систему патрубков к форсункам, установленным в кабине или в грузовом отсеке. Таким образом, хладон поступает через форсунки пожаротушения в кабину или в багажный отсек для установления эффективной концентрации хладона, что позволяет потушить огонь за сравнительно короткий промежуток времени.
Противопожарные системы с хладоном имеют ограничение по подаче огнегасящего средства. Они могут обеспечивать тушение пожара лишь в течение ограниченного промежутка времени. Установленные баллоны для хранения хладона дают постоянный избыточный вес, что является критическим вопросом в гражданской авиации. Хладон также является относительно дорогим и представляет собой риск для здоровья при высокой концентрации. С другой стороны, хладон быстро действует и высокоэффективен при тушении и ликвидации пожаров в замкнутых пространствах. Система ликвидации пожара, использующая в качестве огнегасящего компонента только азот, в сравнении с хладоном работает менее оперативно для того, что быть эффективной в замкнутых пространствах. Но азот из воздуха, как огнегасящий состав, может беспрерывно подаваться в практически неограниченном количестве, а также он не требует емкостей для хранения и постоянного нахождения на борту ЛА.
Система подавления пожара в замкнутом пространстве по патенту США №6,676,081 В2 принята в качестве прототипа и характеризуется приведенными далее признаками.
Наличие огня определяется пожарным датчиком, который может представлять, например такой, как датчик дыма, температурный датчик или газовый датчик. Пожарный датчик передает соответствующий сигнал на контроллер, который в свою очередь подает сигнал тревоги в случае, если датчиком пожарной сигнализации подается сигнал о наличии огня. Сигнал тревоги отображается визуально и/или звуком при помощи устройства тревожной сигнализации. После получения предупреждения о возникновении пожара от устройства тревожной сигнализации, экипаж, либо автоматизированный контроллер, запускает устройство активации, такое как переключатель, который запускает контроллер для начала процесса тушения и подавления огня соответствующей системой.
Система имеет в своем составе емкость, в которой под давлением содержится сжиженный хладон в качестве первичного огнегасящего состава. Также система обогащает воздух азотом, в качестве вторичного огнегасящего компонента.
Форсунки пожаротушения распределены по замкнутому пространству. Система патрубков, состоящая из трубок, шлангов и каналов, соединяет емкость с хладоном и генератор азота с форсунками пожаротушения. Емкость с хладоном и генератор азота при помощи системы патрубков подсоединены ко всем форсунками совместно. Система патрубков имеет раздельные каналы для независимого подсоединения контейнера с хладоном к первому набору форсунок и каналы для соединения генератора азота со вторым набором форсунок. Таким образом, существует два варианта реализации системы патрубков. В системе патрубков между генератором азота и разветвлением, через которое контейнер для хранения хладона соединяется с системой патрубков, установлен перепускной клапан.
Генератор азота обладает воздушным сепаратором, который получает на входе поток воздуха и преобразует данный поток в поток, обогащенный азотом, применяемый в качестве вторичного огнегасящего компонента, а также в поток, обогащенный кислородом, который выводится через выходное отверстие.
Воздушный сепаратор генератора азота имеет молекулярное сито, где мембрана выборочно или преимущественно пропускает через себя различные газообразные компоненты атмосферного воздуха. Таким образом, молекулярное сито отделяет азот от атмосферного воздуха, производя поток обогащенный азотом, применяемый в качестве вторичного огнегасящего компонента, а появляющийся в процессе получения азота воздушный поток, обогащенный кислородом, выводиться через выходной патрубок.
Воздушный поток может подаваться, например, после соответствующего охлаждения от компрессора двигателя ЛА. Альтернативным вариантом может служить нагнетатель системы кондиционирования воздуха самолета, который может быть соединен с впускным каналом для обеспечения на входе нужного для воздушного сепаратора давления.
Для активации процесса тушения и ликвидации огня контроллер посылает сигнал активации на контейнер для хранения хладона, для открытия его запорного элемента, например клапана, разрывной мембраны или пиропатрона. Таким образом, первичный огнегасящий компонент (хладон) подается из емкости с достаточно большой интенсивностью для быстрого прохода первичного компонента через систему патрубков и подачи его через форсунки в замкнутое пространство. Концентрация первичного компонента для тушения пожара, таким образом, возрастает за короткий промежуток времени в данном замкнутом пространстве, что позволяет быстро установить эффективную концентрацию, необходимую для тушения пожара. Огнегасящий компонент начинает действовать очень быстро благодаря своему влиянию на реакцию горения пламени, практически удаляя свободные радикалы из цепной реакции горения.
Хотя, первичный огнегасящий компонент и может быть быстро подан для быстрого установления требуемой эффективной концентрации в замкнутом пространстве, его количество ограничено. Поэтому, продолжительность пожаротушения с помощью первичного компонента также ограничена объемом контейнера для хранения хладона.
Для достижения продолжительного тушения и ликвидации пожара контроллер посылает сигнал активации на генератор азота, который вырабатывает и подает обогащенный азотом воздух в качестве вторичного огнегасящего компонента через систему патрубков и форсунок в замкнутое пространство.
Поскольку воздушный сепаратор беспрерывно вырабатывает обогащенный азотом воздух, применяемый в качестве вторичного огнегасящего компонента, это позволяет обеспечить практически независимое продолжительное подавление огня в замкнутом пространстве, на протяжении всего времени, пока в данном замкнутом пространстве установится и будет поддерживаться достаточно высокая концентрация азота, а следовательно и достаточно низкая концентрация кислорода.
Два огнегасящих компонента могут подаваться одновременно с самого начала процесса тушения и ликвидации пожара под управлением контроллера. В другом варианте, первичный компонент подается в самом начале для установления начальной концентрации хладона в замкнутом пространстве. После этого, вторичный компонент подается для установления и поддержания концентрации, эффективной для подавления огня, в замкнутом пространстве, что обеспечивает дальнейшую эффективность ликвидации пожара на протяжении длительного времени. Задержка подачи вторичного компонента после начала подачи первичного компонента может быть реализована предварительно заданной задержкой по времени, которая задается таймером контроллера. В другом же случае, активация генератора азота может быть произведена другими средствами, например, когда датчик газа, установленный в замкнутом пространстве, покажет, что при помощи первичного компонента была установлена требуемая эффективная для тушения пожара концентрация, либо после того, как данный датчик обнаружит что концентрация хладона достигла требуемого начального уровня, но затем концентрация опускается ниже должного уровня. Таким образом, вторичный компонент, содержащий азот может быть применен, так как эффективность начального потока, содержащего хладон уменьшается.
После того, как вторичный огнегасящий компонент будет беспрерывно и продолжительное время подаваться в замкнутое пространство, важно предотвратить непреднамеренное повышение давления и риск взрыва замкнутого пространства. Для этого, между внешней и внутренней частями устанавливается клапан сброса избыточного давления или компенсатор давления для обеспечения регулировки давления в замкнутом пространстве.
Вышеописанные системы доказали свою эффективность в тушении и ликвидации пожаров в замкнутых пространствах, но, тем не менее, дальнейшие улучшения все еще возможны.
Изобретение по настоящей заявке обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и снижении веса системы.
Для повышении надежности и снижении веса в системе подавления пожара в замкнутом пространстве, содержащей сигнализатор пожара, устройства включения подачи хладона и нейтрального газа от соответствующих источников и регулятор подачи хладона, согласно изобретению, в регуляторе подачи хладона золотник и охватывающая его втулка выполнены со сквозными каналами и, при закрытом устройстве включения подачи хладона, подпружинены на открытие кольцевого канала во втулке при том, что система выполнена с возможностью кратковременной полнорасходной подачи хладона через кольцевой канал во втулке непосредственно после включения устройства подачи хладона и ограниченного расхода хладона, после закрытия устройства включения подачи нейтрального газа, через сквозные каналы в золотнике и втулке.
Для достижения того же технического результата
- источником нейтрального газа может быть мембранный генератор азота, являющийся источником нейтрального газа для наддува топливных баков самолета и подключенный через соответствующие средства охлаждения воздуха к компрессору турбореактивного двигателя;
- ширина кольцевого канала во втулке может быть больше диаметра каналов подвода к регулятору и отвода в замкнутое пространство хладона с возможностью их сообщения через кольцевой канал во втулке при начальном перемещении втулки под действием давления в полости регулятора со стороны торца втулки и меньшего торца золотника, равном давлению подаваемого хладона, и давления в противоположной полости регулятора со стороны большего торца золотника, равном давлению подаваемого нейтрального газа;
- диаметр сквозных каналов в золотнике и втулке может быть меньше диаметра каналов подвода к регулятору и отвода в замкнутое пространство хладона с возможностью их сообщения в крайнем рабочем положении втулки и золотника под действием давления хладона в полости регулятора со стороны торца втулки и меньшего торца золотника, равном давлению подаваемого хладона, и прекращении подачи нейтрального газа в противоположную полость регулятора со стороны большего торца золотника.
Фигуры чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи:
Фиг.1 - схема патентуемой системы.
Фиг.2 - конструктивная схема регулятора подачи хладона в положении начала подачи хладона.
Фиг.3 - конструктивная схема регулятора подачи хладона в промежуточном положении прекращения подачи хладона.
Фиг.4 - конструктивная схема регулятора подачи хладона в положении подачи хладона после прекращения подачи нейтрального газа.
Осуществление изобретения
Система подавления пожара в замкнутом пространстве багажного отсека 1 содержит сигнализатор 2 пожара, источник 3 хладона, источник 4 нейтрального газа, устройство 5 включения подачи хладона, устройство 6 включения подачи нейтрального газа и регулятор 7 подачи хладона.
Источником 3 хладона является контейнер, в котором под значительным давлением находится сжиженный хладон. Устройство 5 является пироклапаном.
Источником 4 нейтрального газа является мембранный генератор азота, который одновременно является источником нейтрального газа для наддува топливных баков (не показаны) самолета. Мембранный генератор 4 азота подключен через соответствующие средства охлаждения воздуха (не показаны) к компрессору 8 турбореактивного двигателя.
В регуляторе 7 подачи хладона золотник 9 и охватывающая его втулка 10 выполнены со сквозными каналами 11 и 12. При закрытом устройстве 5 золотник 9 и втулка 10 подпружинены на открытие кольцевого канала 13 во втулке 10.
Система выполнена с возможностью кратковременной полнорасходной (фиг.2) подачи хладона через кольцевой канал 13 непосредственно после включения устройства 5 и ограниченного (фиг.4) расхода хладона через сквозные каналы 12 и 13 после закрытия устройства 6.
Ширина кольцевого канала 13 во втулке 10 больше диаметра канала 14 подвода хладона к регулятору 7 и диаметра канала 15 отвода хладона в замкнутое пространство багажного отсека 1 с возможностью их сообщения через кольцевой канал 13 при начальном перемещении втулки 10 под действием давления в полости 16 регулятора 7 со стороны торца втулки 10 и меньшего торца золотника 9, равном давлению подаваемого хладона, и давления в противоположной полости 17 регулятора 7 со стороны большего торца золотника 9, равном давлению подаваемого нейтрального газа.
Диаметр сквозных каналов 11 и 12 в золотнике 9 и во втулке 10 меньше диаметра канала 15 подвода хладона к регулятору 9 и диаметра канала 15 отвода хладона в замкнутое пространство багажного отсека 1 с возможностью их сообщения в крайнем рабочем положении втулки 10 и золотника 9 под действием давления хладона в полости 16, равном давлению подаваемого хладона, и прекращении подачи нейтрального газа в противоположную полость 17.
Мембранный генератор 4 азота в качестве источника нейтрального газа соединен с магистралью 18 наддува топливных баков (не показаны) самолета, а трубопроводами 19 и 20 с полостью 17 регулятора 7 и багажным отсеком 1. соответственно. В магистрали 18 и в трубопроводе 20 установлены обратные клапаны 21 и 22. Патрубок 23 генератора 4 предназначен для отвода кислорода.
Замкнутое пространство багажного отсека 1 оборудовано форсунками 24 для распределения хладона и нейтрального газа, регулятором 25 давления и датчиком 26 концентрации кислорода. Форсунки 24 сообщены с трубопроводом 27 подвода хладона и нейтрального газа.
2
После срабатывания сигнализатора 2 пожара с пульта 28 подается команда на срабатывание пироклапана 5 и открытие устройства 6. В; результате срабатывания пироклапана 5 жидкий хладон под большим давлением (например, 20 кг/см) в контейнере 3 через каналы 13, 14, 15, трубопровод 27 и форсунки 24 подается в пространство 1 грузового отсека. Одновременно, хладон через канал 29 под давлением в контейнере 3 поступает в полость 16 регулятора 7, а нейтральный газ из генератора 4) поступает в полость 17.
Давление в полости 16 на торец втулки 10 преодолевает силу пружины 30 и обеспечивает перемещение втулки 10 в положение, показанное на фигуре 3. Поскольку ширина кольцевого канала 13 во втулке 10 больше диаметра каналов 14 и 15 подвода к регулятору 7 и отвода в замкнутое пространство 1 хладона, при начальном перемещении втулки 10 обеспечена подача хладона в пространство 1 через каналы 13, 14 и 15.
Поскольку воздействие давления в полости 16 на меньший торец золотника 9 меньше воздействия давления нейтрального газа (например, 2 кг/см) в полости 17 на больший торец золотника и недостаточно для перемещения золотника, канал 11 в золотнике разобщен с каналом 12 во втулке и подача хладона в пространство прекращена. При этом осуществляется подача в пространство 1 нейтрального газа из генератора 4 через трубопроводы 19, 20 и обратный клапан 22.
2
2
При падении давления (например, до 1 кг/см) в полости 17 регулятора 7 вследствие перекрытия устройства 6 давление в полости 16 на меньший торец золотника 9 (например, 20 кг/см) становится достаточным для перемещения золотника 9 в положение, показанное на фигуре 4. При этом хладон под давлением в контейнере 3 через каналы 11, 12, трубопровод 27 и форсунки 24 подается в пространство 1 грузового отсека при закрытии обратного клапана 22 давлением подаваемого хладона.
Повышение надежности и снижение веса патентуемой системы достигнуто вследствие указанного исполнения регулятора 7, обеспечивающего кратковременную полнорасходную подачу хладона непосредственно после включения пиропатрона 5 и ограниченный расход хладона после закрытия устройства 6, и использования в качестве источника нейтрального газа для подавления пожара в грузовом отсеке мембранного генератора азота, предназначенного для наддува топливных баков самолета.