ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ
GENERATOR OF FIRE-EXTINGUISHING AEROSOL

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к устройствам, генерирующим газо-аэрозольные ингибиторы горения, при использовании для этого пиротехнический состав сгорающей шашки, струйно выбрасываемые в защищаемый объем.
Уровень данной области техники характеризует генератор огнетушащей газо-аэрозольной смеси по патенту RU 2136338 C1, A62C 13/22, 1999 г., который содержит помещенные аксиально в корпусе через прослойку строительного гипса пиротехническую шашку, блок охлаждения из гранул абляционного материала, в котором смонтирован сообщающийся с камерой сгорания воспламенитель, электрически связанный с устройством дистанционного управления, и выпуклую крышку с распределенными выходными радиальными отверстиями.
При этом между блоком охлаждения и выходными отверстиями крышки в корпусе сформирован перфорированный ресивер.
Описанный генератор, имеющий повышенную конструкционную жесткость и термопрочность несущей прослойки корпуса, характеризуется высокой эффективностью полезного действия по пожаротушению.
Металлический корпус служит аккумулятором тепла для эффективного выпаривания из теплозащитной прослойки связанной с гипсом воды, которая в виде пара активно смешивается с генерируемыми газо-аэрозольными продуктами горения шашки, чем дополнительно снижается их температура и увеличивается ингибирующее действие тушащей смеси.
Распределение в крышке радиальных отверстий обеспечивает динамичное равномерное в объеме распространение тушащей смеси.
Для обеспечения оптимальных условий воспламенения шашки воспламенитель (штатный капсюль-воспламенитель) размещен в фокусе относительно ее торца и закреплен в центральной огнепередаточной трубке, канал которой формирует компактный направленный форс пламени, гарантированно поджигающий пиротехнический состав по всей поверхности горения аэрозолеобразующего заряда.
Дистанционное управление инициирования воспламенения позволяет повысить эффективность пожаротушения в помещениях больших объемов при одновременном подключении генераторов, распределенно смонтированных на огнеопасных участках.
Однако недостатком этого генератора является неудовлетворительная функциональная надежность при эксплуатации в условиях хранения при повышенной атмосферной влажности, преимущественно на судах (речных, морских) из-за нечувствительности к штатному тепловому импульсу воспламенения отсыревшего пиротехнического состава шашки.
Атмосферная влага проникает внутрь генератора через выходные отверстия крышки и по капиллярам насыпного абляционного материала блока охлаждения попадает в камеру сгорания, где конденсируется и впитывается лиофильным пиротехническим составом шашки с ее открытой поверхности.
Более совершенным является генератор огнетушащего аэрозоля по патенту RU 2205671 C1, A62C 3/02, 2003 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному генератору.
Известный генератор огнетушащего аэрозоля содержит помещенные аксиально в корпусе через прослойку строительного гипса пиротехническую шашку, блок охлаждения из гранул абляционного материала, в сообщающейся с камерой сгорания центральной огнепередаточной трубке которого закреплен воспламенитель, связанный через внешний коммутатор с устройством дистанционного запуска, выпуклую крышку с распределенными выходными радиальными отверстиями и сформированный в корпусе над блоком охлаждения перфорированный ресивер.
Особенностью известного генератора является то, что ресивер выше перфораций перекрыт алюминиевой мембраной, расположенной над воспламенителем, и геометрически замкнутой на корпусе по контуру крышкой, выходные отверстия которой закрыты бандажом из алюминиевой фольги, что обеспечило герметичность внутреннего объема генератора, а главное, пиротехнической шашки в условиях длительного служебного охранения при повышенной атмосферной влажности.
Воспламенитель этого генератора связан с внешним устройством дистанционного запуска через условно герметичный (закрытый) коммутатор, который предотвращает случайное срабатывание воспламенителя генератора.
Продолжением отмеченных достоинств являются присущие недостатки.
Сгорающие алюминиевые мембрана над ресивером и бандаж на выходных отверстиях увеличивают время подачи огнетушащей смеси в очаг возгорания, что снижает оперативность и эффективность тушения пожара.
При этом часть генерированного аэрозоля теряется в виде конденсированной фазы, оседающей на алюминиевой фольге.
Абляционный материал блока охлаждения эффективно отбирает тепло от генерированного аэрозоля, но при этом является расходуемым материалом, что в работе резко изменяет термодинамику тушащей смеси.
Насыпной материал наполнения блока охлаждения представляет собой большое аэродинамическое сопротивление, что приводит к росту давления в генераторе и, как следствие, требует усиления корпусных деталей и узлов их соединения, утяжеляющих конструкцию.
Размещение воспламенителя внутри осевой огнепередаточной трубки, установленной в блоке охлаждения, вызывает неизбежный рост габаритов последнего и генератора в целом, что ограничивает адаптивность огнетушителя в стесненном интерьере охраняемых судовых помещений.
Передача воспламенительного импульса от дистанцированного воспламенителя через огнепередаточную трубку и камеру сгорания на открытую поверхность пиротехнической шашки снижает функциональную надежность по стабильному инициированию ее горения.
При этом воспламенитель и шашка не изолированы от структурной влаги гипса теплоизолирующей прослойки, которая в течение большого времени служебного охранения поступает через перфорации ресивера и конденсируется на указанных функциональных элементах.
Воспламенитель коррозирует, что может являться причиной самозапуска генератора или отказа при подаче инициирующего сигнала на воспламенение шашки, термочувствительность которой снижается при отсыревании.
Работоспособность генератора в период эксплуатации тестированием исполнительных элементов на их функциональность невозможна, поэтому вероятность отказа при его запуске высока, что недопустимо в автономном жизнеобеспечении на плавсредствах.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности генератора при упрощении его конструкции и расширение технологических возможностей применения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе огнетушащего аэрозоля, содержащем корпус, покрытый изнутри теплоизолирующей прослойкой из отверждающегося материала, в котором аксиально последовательно размещены пиротехническая шашка и через зазор камеры сгорания газопроницаемый блок охлаждения, заполненный гранулированным материалом, над которым под выпуклой крышкой, оснащенной радиальными выходными отверстиями, сформирован ресивер, и воспламенитель, электрически связанный тоководами с устройством дистанционного управления через закрытый внешний коммутатор, согласно изобретению, воспламенитель выполнен в виде резистора, примыкающего к таблетке из термочувствительного воспламенительного состава, залитые клеящим герметиком в центральном пазу торца шашки, при этом тоководы размещены в камере сгорания и сообщаются с внешним коммутатором через полость штуцера, смонтированного на корпусе посредством уплотнительных втулок, зафиксированных материалом теплоизолирующей прослойки, а перфорированные торцы блока охлаждения, цилиндрический объем которого заполнен щебнем, покрыты мембранами, при этом гранулированное наполнение цилиндрического блока охлаждения в форме щебня выполнено из теплоемкого материала магматической горной породы: гранита, базальта или кварца.
Отличительные признаки обеспечили повышение функциональной надежности герметичному генератору огнетушащего аэрозоля простой и технологичной конструкции при расширении области его эксплуатации в условиях повышенной влажности и взрывоопасной атмосферы.
Выполнение воспламенителя в виде резистора, который является исполнительным конечным элементом электрической цепи, обеспечивающим заданное номинальное сопротивление электрическому току, стабилизирует запуск генератора в работу.
Резистор размещен внутри воспламенительной таблетки, для чего предварительно помещается в насыпной состав перед запрессовкой пиротехнической навески. Этим формируется конструктивное единство функционально связанных элементов средства инициирования воспламенения и стабильного торцевого горения функциональной шашки.
Минимизированные габариты резистора, который при подаче электрического тока раскаляется и выполняет функции инициирующего термического элемента, позволяют монтировать его в непосредственном примыкании к таблетке из термочувствительного пиротехнического состава.
Заливка воспламенительной таблетки с примыкающим резистором, которые помещены в центральном пазу функциональной пиротехнической шашки, клеящим герметиком обеспечивает их прочное крепление непосредственно к шашке при изолировании от внешней среды, сохраняя электрическую связь с узлом запуска через внешний коммутатор.
Родственность пиротехнических материалов воспламенительной таблетки и генерирующей аэрозоль шашки, которые беззазорно примыкают в сборе, создает функциональное единство и обеспечивает практически мгновенную передачу теплового импульса от электрически нагретого резистора.
При этом шашка воспламеняется и стабильно горит по всей открытой торцевой поверхности.
Пространственное ограничение геометрией паза функциональной шашки, в котором расположены жестко связанные между собой резистор и воспламенительная таблетка, и крепление воспламенителя силами адгезии слоя клеящего герметика обеспечивают этому компактному сборному узлу самодостаточность действия по назначению.
Размещение тоководов в открытой при сборке камере сгорания обеспечивает свободный доступ для их монтажа в разъеме корпуса.
Связь полости штуцера, установленного на корпусе генератора, с втулками, закрепленными отверждающимся строительным гипсом формируемой теплозащитной прослойки изнутри корпуса в монолит, обеспечивает связь резистора с внешним коммутатором посредством тоководов, расположенных внутри беззазорно совмещенных корпусов.
При этом полость штуцера за счет установленных внутри уплотнительных втулок практически полностью изолирует монтажный разъем корпуса для связи внешнего коммутатора узла запуска с воспламенителем, помещенным в пиротехнической шашке.
Жесткая связь уплотнительных втулок с гипсом теплоизолирующей прослойки обеспечивает несущие конструкционные качества соединительному штуцеру.
Выполнение блока охлаждения в форме свободного цилиндра (без центральной огнепередаточной трубки по прототипу) позволило его изолировать за счет установки на перфорированных торцах сгорающих мембран, чем исключается открытый доступ атмосферной влаги к воспламенителю и функциональной шашке, которые сохраняют при этом заданную работоспособность в течение всего протяженного времени службы по противопожарному охранению помещений водных судов.
Использование в качестве гранулированного наполнения блока охлаждения щебня из теплоемкого материала (предпочтительно гранита, базальта, кварца) стабилизирует термодинамический режим генератора на протяжении времени горения пиротехнической шашки, эффективно охлаждая генерируемую тушащую смесь, сохраняя при этом исходную целостность прочного гранулята, то есть неизменные условия по газопроницаемости и, следовательно, расчетную газодинамику.
Установка по торцам ресивера сгораемых мембран обеспечивает дополнительную ступень изолирования внутреннего объема генератора, более надежную (антивандальную), чем бандаж на радиальных выходных отверстиях крышки, который доступен для случайных или злонамеренных проколов.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы. На чертеже изображен в продольном разрезе предложенный генератор.
В цилиндрическом корпусе 1 генератора через кольцевой зазор 2 установлена несущая оболочка 3, между которыми залит раствор строительного гипса или шихты пенобетона и подобного, при отверждении формирующий жесткую конструкционную прослойку 4, выполняющую функции теплоизоляции корпуса 1.
Свободный кольцевой объем зазора 2 в верхней (по чертежу) части прослойки 4 служит накопителем влаги, выпариваемой из ее материала в работе, демпфируя рост давления при этом.
На дне корпуса 1 установлена шашка 5 функционального пиротехнического состава для генерирования при горении огнетушащего аэрозоля.
В центральном пазу 6 на открытом торце шашки 5 помещена воспламенительная таблетка 7 из термочувствительного пиротехнического состава, внутри которой запрессован резистор 8, тоководами 9 электрически связанный с клеммами (условно не показано) внешнего герметичного коммутатора 10, для чего в монтажном отверстии корпуса 1 закреплен переходник 11.
Переходник 11 содержит полый штуцер 12, фланец 13 которого примыкает к корпусу 1 изнутри и закрыт изолирующей втулкой 14. Аналогичная втулка 14 симметрично установлена в оболочке 2, формируя канал под тоководы 9 резистора 8, которые протягивают через переходник 11 после установки шашки 5 на дно корпуса 1 перед заливкой технологического раствора в зазор 2.
После отверждения гипса прослойки 4 изолирующие втулки 14 жестко фиксируются, сообщая штуцеру 12 несущие свойства конструкционного элемента, который используется для установки на корпусе 1 коммутатора 10.
Корпус коммутатора 10 устанавливают на штуцер 12 в примыкании к корпусу 1 генератора и фиксируют положение резьбовой гайкой 15.
После этого монтируют через герметичный ввод 16 кабель 17 дистанционного узла запуска, подключая к клеммам коммутатора 10, к которым соответственно подсоединяют тоководы 9 резистора 8.
Затем на корпусе коммутатора 10 герметично укрепляют крышку 18, изолируя от атмосферы его внутренний объем.
Смонтированный в воспламенительной таблетке 7 резистор 8 заливают в центральном пазу 6 шашки 5 слоем 19 клеящего герметика, формообразуя собственно воспламенитель генератора.
Над камерой 20 сгорания расположен блок 21 охлаждения, наполненный щебнем 22 из гранита, мрамора, гранул кварца, гипса и т.п. теплоемких материалов, по торцам ограниченный перфорированными дисками 23, на которых уложены мембраны 24, изолирующие камеру 20 сгорания.
Над блоком 21 охлаждения образован ресивер 25 в оболочке 2, на торце которой через кольцевую манжету 26 закреплена крышка 27 с радиальными выходными отверстиями 28, снаружи заклеенными скотчем 29, предохраняя от проникновения посторонних предметов, изолируя внутренний объем генератора.
Функционирует генератор огнетушащего аэрозоля следующим образом.
Генераторы устанавливают предпочтительно в нижней части охраняемого помещения, чтобы обеспечить максимально быстрое заполнение объема огнетушащим аэрозолем.
При тушении пожара необходимо вывести из помещения людей и закрыть проемы (люки, иллюминаторы, двери, вентиляционные отверстия) и отключить вентиляторы.
При автоматическом срабатывании системы противопожарной автоматики от превышения температурного порога или задымленности ответственный дежурный с центрального пульта включает соответствующий узел запуска, который подает импульс на коммутатор 10 для инициирования воспламенителя 8-7.
Тепловым импульсом накала резистора 8 воспламеняется термочувствительная таблетка 7, которая поджигает пиротехнический состав шашки 5.
Шашка 5 стабильно горит с торцевой поверхности, генерируя в камеру 20 сгорания аэрозольные ингибиторы горения в виде газообразных соединений и ультрадисперсных конденсированных частиц с развитой энергетической поверхностью.
Аэрозоль накапливается в камере 20 сгорания, где повышается давление, под действием которого газообразные продукты горения пиротехнического состава шашки 5 через перфорированный нижний диск 23 прожигают мембрану 24 и проникают в слой щебня 22 блока 21 охлаждения.
При этом теплоемкий материал гранулированного наполнения 22, инерционно нагреваясь, отбирает значительную часть тепла аэрозоля, который дополнительно охлаждается, преодолевая лабиринтные щели между гранулами 22.
На выходе из блока 20 охлаждения горячий аэрозоль под давлением преодолевает верхний перфорированный диск 23, прожигая его мембрану 24, и поступает в ресивер 25, где накапливается.
В ресивере 25 происходит перемешивание аэрозоля, выравнивание температуры и пульсаций давления.
Далее в объеме под крышкой 27 происходит рост давления генерированного аэрозоля, который прорывает скотч 29, освобождая выходные отверстия 28 для свободного истечения в защищаемый объем.
Аэрозоль струйно радиальными высокоскоростными потоками из отверстий 28 истекает в объем помещения, динамично заполняя его, при этом тонкие струи аэрозоля конвективно охлаждаются более холодным воздухом, перемешиваясь с ним образует тушащую смесь.
3
При введении в зону пожара газоаэрозольной смеси происходит обрыв цепного механизма образования активных радикалов за счет их рекомбинации, а также за счет удержания их на поверхности аэрозоля, каждая частица которого выполняет роль конденсатора энергии, что обеспечивает подавление пожара при достижении необходимой концентрации 75-100 г/м ингибиторов горения.
Материал прослойки 4, обладая плохой теплопроводностью, защищает корпус 1 от разогрева, не превышающий температуру 45°С, что позволяет, в случае необходимости, направленно затушить очаг возгорания вручную.
Торцевое горение шашки 5 исключает передачу давления на дно корпуса 1, чем обеспечена безопасность эксплуатации генератора.
Экспериментальная проверка опытных экземпляров генератора по изобретению продемонстрировала устойчивую стабильную работу при температуре окружающей среды в диапазоне от минус 50 до 60°С и 98% относительной влажности при 25°С, что гарантируется в течение 10 лет служебного охранения.
Герметичная конструкция генератора с коммутатором является взрывобезопасной, то есть не инициируется от внешнего детонационного импульса, что расширяет область его использования на опасных производствах.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пожарной технике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности практического серийного изготовления устройства для объемного аэрозольного тушения пожара на действующем производстве, можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.