Огнетушитель звуковой
SOUND FIRE EXTINGUISHER

Изобретение относится к пожарной технике, а именно к конструкции огнетушителей для тушения источников открытого пламени звуковыми колебаниями низкой частоты, а так же возгораний в электроустановках, находящихся под напряжением, и может найти широкое применение при разработке и производстве средств пожаротушения, в частности, огнетушителей ручного действия.
Из уровня пожарной техники известны широко применяемые переносные огнетушители, предназначенные для ликвидации загораний и тушения очага пожара в начальной стадии его развития оператором за счет выпуска запасенного огнетушащего вещества, с ручным способом доставки к очагу пожара, привода в действие и управления струей огнетушащего вещества (см. книгу «Пожарная безопасность предприятия. Курс пожарно-технического минимума: Учеб.-справ. пособие / С.В. Собурь. - 16-е изд., с изм. - М.: По-жКнига, 2016. - 480 с., ил.»). При применении таких огнетушителей из их сопла (трубки) за счет энергии избыточного давления, предварительно созданного в корпусе огнетушителя газом (углекислота, азот или воздух), начинает выходить вещество, способное потушить открытый огонь легковоспламеняющихся жидкостей. Таким веществом может быть пена, вода (в том числе, с добавлением поверхностно-активных веществ), водные растворы пенообразующих веществ, какое-либо химическое соединение в виде порошка, а также диоксид углерода, углекислый газ, водяной пар, фреоны (производные метана и этана), хладон, азот и др. химически инертные газы. Эти устройства (огнетушители) содержат цилиндрические баллоны с огнетушащим веществом (углекислота, химическая или воздушно-механическая пена, порошок, хладон и др.) и вытесняющим агентом, снабжены запорным клапаном и специальным устройством (насадкой) для образования струи огнетушащего вещества.
Несомненным достоинством этих технических средств пожаротушения является доступность приобретения, мобильность и оперативность их применения, сравнительная простота получения навыков их применения.
Однако, рассмотренные технические средства обладают рядом недостатков, прежде всего, имеют ограниченную область применения. Например, ряд из них не может быть использован при гашении возгораний, затронувших устройства, которые могут находиться под напряжением, или, например, при возгорании уязвимых для действия воды архивов. Кроме того, устройства, использующие в качестве огнетушащих веществ воду, пену, газ, порошок, приводят к возникновению большого объема работ при ликвидации последствий пожара, к большому объему работ по очищению объектов горения от порошка, например, при тушении пламени в архивах или под капотом автомобиля, к порче материальных ценностей (бумажных носителей информации и др.) при тушении водой, порче продукции (продуктов питания и т.д.) при тушении любым из вышеназванных веществ тушения.
Более приемлемыми огнетушителями для тушения источников открытого пламени при гашении возгорания устройств, находящихся под напряжением, или при возгорании архивов, при тушении которых исключается воздействие воды и других химических жидких и твердых веществ, а также заметно снижающих или практически полностью исключающих объемы работ по ликвидации последствий пожара, исключающих порчу материальных ценностей и продукции (продуктов питания и т.д.), являются звуковые огнетушители.
Известен огнетушитель для тушения открытого пламени звуковыми колебаниями низкой частоты (см. патент Китайской Народной Республики №204932657, А62С 3/00 (А62С 37/00), от 06.01.2016 г.), содержащий блок питания и электрически последовательно соединенные генератор низкой частоты, усилитель низкой частоты и катушку сабвуфера (в частности, низкочастотного электродинамического громкоговорителя), к которому прикреплен резонатор, выполненный в виде пустотелого конуса, большее основание которого прикреплено к сабвуферу, а меньшее - направлено в сторону пламени. Однако, такое конструктивное выполнение резонатора снижает эффективность применения устройства, в частности, снижается коэффициент полезного действия, возрастают энергозатраты, так как значительная часть воздушного потока при обратном ходе диффузора (в направлении от пламени, т.е. в сторону электродинамической системы низкочастотного динамика) расходуется на создание воздушного потока, направленного в сторону электродинамической системы сабвуфера и пожарного, эксплуатирующего устройство, т.е. воздушный поток, направленный в сторону электродинамической системы сабвуфера и пожарного, эксплуатирующего устройство, на тушение пламени практически не используется.
Общими признаками вышеуказанного огнетушителя с предлагаемой авторами конструкцией огнетушителя является наличие блока питания, генератора сигналов низкой частоты, усилителя низкой частоты, низкочастотного электродинамика и резонатора.
Одним из близких аналогов по технической сути и достигаемому техническому результату является огнетушитель для тушения источника открытого пламени звуковыми колебаниями низкой частоты, содержащий блок питания и электрически последовательно соединенные генератор низкой частоты, усилитель низкой частоты и катушку низкочастотного электродинамика, корпус которого со стороны открытого диффузора жестко соединен с резонатором, выполненным в виде пустотелого цилиндра, второе основание которого закрыто крышкой, в которой выполнено отверстие, направляемое при тушении огня в сторону пламени (Американские ученые построили низкочастотный огнетушитель ([Электронный ресурс]. URL: https://vesti-ukr.com/nauka-i-technoloqy/2210-zvukovoj-ognetushitel (Дата обращения: 07.09.2021.)).
Данному огнетушителю присущи такие недостатки как низкий коэффициент полезного действия и воздействие на оператора (пожарного) звуковых колебаний, создаваемых обратной (тыльной) частью диффузора электродинамика, а также неудобство в эксплуатации, так как оператору приходится держать такой огнетушитель за его электродинамическую часть. При этом следует отметить, что в диапазоне частот 15-1500 Гц, в котором, преимущественно, работают низкочастотные электродинамики, находятся границы вибрационной чувствительности человеческого организма. В частности, колебания с частотами 11-45 Гц при воздействии на человека могут сопровождаться функциональными расстройствами ряда внутренних органов (в том числе, мочевого тракта), ухудшать зрение в связи с колебаниями глазных яблок, вызывать тошноту и рвоты. Колебания с частотами свыше 45 Гц при определенной интенсивности вызывают серьезные изменения в организме человека - так называемую вибрационную болезнь.
Близким аналогом по технической сути и достигаемому техническому результату является огнетушитель звуковой, содержащий блок питания, генератор сигналов низкой частоты (работающий в диапазоне 30-60 Гц), усилитель сигналов низкой частоты, электродинамик, электрическая обмотка которого подключена к выходу вышеупомянутого усилителя, и резонатор, состоящий из внутреннего цилиндра, одной стороной прикрепленного к корпусу электродинамика, а на другой имеется крышка с отверстием, направляемым на источник пламени, на внутреннем цилиндре с раструбом размещены продольные ребра, к которым прикреплен наружный цилиндр, при этом основание наружного цилиндра со стороны электродинамической системы сабвуфера выполнено в виде полусферы, диаметр которой равен диаметру наружного цилиндра. Для удобства эксплуатации к резонатору прикреплены две ручки, из которых первая крепится к наружному цилиндру, а вторая - к основанию наружного цилиндра со стороны электродинамической системы сабвуфера выполненному в виде полусферы. Закрепление наружного цилиндра осуществляется на одном из продольных ребер после смещения его относительно внутреннего цилиндра в процессе налаживания стопорным винтом, при этом к образующим внутреннего и наружного цилиндров у их оснований, направляемых в сторону источника пламени, прикреплены раструбы (см. патент РФ №2722428 МПК А62С 37/00 (2006.01) (А62С 99/00) (2010.01) на изобретение «Огнетушитель звуковой» по заявке №2019125808 от 14.08.2019; опубл. 29.05.2020, Бюл. №16. - 10 с;, патентообладатель ФГБОУ ВО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева»).
Недостатком рассматриваемого огнетушителя является низкий коэффициент полезного действия (использования воздушного потока создаваемого диффузором электродинамика) в связи с тем, что окончания раструбов, прикрепленных к образующим внутреннего и наружного цилиндров у их оснований и направляемых в сторону источника пламени, находятся в одной плоскости. В силу этого конструктивного решения давление воздушной среды при движении потока воздуха, выходящего из внутреннего цилиндра резонатора через отверстие в крышке, снижается за счет того, что в это время обратная (тыльная) часть диффузора электродинамика, движущегося в направлении отверстия, создает разрежение в объеме основания, выполненного в виде полусферы наружного цилиндра со стороны электродинамической системы сабвуфера и, соответственно, создает воздушный поток, движущийся между внутренним и внешним цилиндрами резонатора в сторону противоположную направлению воздушного потока, направляемого во внутреннем цилиндре резонатора на пламя. В силу этого на выдавливаемый из отверстия и направляемый на очаг возгорания поток воздуха воздействует «засасывающее» пространство между внутренним и внешним цилиндрами резонатора, в результате чего напор струи воздушного потока, создаваемого диффузором сабвуфера при его движении в сторону возгорания, на выходе из отверстия снижается. Наряду с этим, происходит снижение плотности струи воздушного потока, вышедшего из отверстия в крышке, он как бы растягивается в стороны зазора между внутренним и внешним цилиндрами резонатора.
Данный недостаток частично устранен в звуковом огнетушителе, выбранном в качестве аналога (прототипа), имеющем резонатор конфузорно-диффузорного вида (см. статью: Корпус генератора ГПС-600 как эффективный резонатор звукового огнетушителя (Рисунки 1, 2, 3), опубликованную в сборнике «Актуальные вопросы совершенствования инженерных систем обеспечения пожарной безопасности объектов» (сборник материалов VIII Всероссийской научно-практической конференции, Иваново, 20 апреля 2021 г. - Иваново: Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2021. - С. 55-59). В данном огнетушителе, имеющем резонатор конфузорно-диффузорного вида, электродинамик крепится к внутреннему корпусу резонатора круговой стяжкой и винтами, а наружный корпус резонатора соединяется с основанием (со стороны электродинамической системы сабвуфера), выполненным в виде полусферы, защелкой. При этом, между внутренним и наружным кожухами конфузорно-диффузорного резонатора имеется демпфирующая прокладка, выполненная из трех (не менее трех: с целью обеспечения концентричности корпусов резонатора) полос, выполняющих роль «мягких» ребер-фиксаторов между внутренним и наружным кожухами. Это позволяет создать дополнительные воздушные потоки, движущиеся в сторону пламени и снижающие приток свежего воздуха из окружающего пространства к источнику пламени воздушных масс из окружающего пространства, и содержащие большее количество кислорода по сравнению с объемом горения пламени, что способствует повышению эффективности его тушения. Кроме этого, применение демпфирующей прокладки снижает массо-габаритные параметры огнетушителя по сравнению с жесткими ребрами-фиксаторами, а также исключает возможные трения между внутренним и внешним кожухами резонатора.
Однако данное научно-техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога (прототипа) к предлагаемой конструкции огнетушителя звукового, также не обеспечивает высокой эффективности тушения (прежде всего, сокращение времени тушения очага пламени) в связи с тем, что в местах конструктивного соединения крышки (с отверстием) с выходным сечением корпуса диффузора происходит закручивание части воздушного потока, движущегося навстречу основному потоку, направляемому диффузором через отверстие в крышке на очаг возгорания. В результате данного эффекта давление воздушного потока на выходе отверстия снижается, что приводит к снижению эффективности тушения, в частности, к возрастанию времени тушения очага пламени. Кроме этого, окончания образующих внутренней и наружной частей диффузора у их оснований, направляемых в сторону источника пламени, находятся в одной плоскости, в результате чего напор струи воздушного потока, создаваемого диффузором сабвуфера при его движении в сторону возгорания, на выходе из отверстия снижается.
В отличие от прототипа в предлагаемом авторами огнетушителе в крышке, имеющей отверстие, из которой выходит воздушный поток, направляемый на очаг пламени, выполнены концентрические (относительно центра отверстия в крышке) прорези, выполненные (распложенные) рядом с местами соединения крышки и наружного основания диффузора. При этом, с обеих сторон прорезей закреплены наружный и внутренний отсекатели воздушных потоков, выполненные в виде двух отсекающих воздушные потоки пустотелых цилиндров, одним основанием прикрепленных к крышке, а другим - направленных в сторону источника пламени. При этом, диаметр наружной образующей наружного отсекающего цилиндра не превышает диаметра наружного выходного сечения внутреннего кожуха диффузора конфузорно-диффузорного резонатора.
В частных случаях, то есть в конкретных формах исполнения, изобретение характеризуется следующими признаками: на крышке с отверстием в местах ее конструктивного соединения с выходным сечением диффузора выполнены концентрические прорези, исключающие закручивание части воздушного потока, движущегося навстречу основному потоку, направляемому диффузором через отверстие в крышке на очаг возгорания, и обеспечивающие создание дополнительного воздушного потока, снижающего приток свежего воздуха из окружающего пространства к источнику пламени, при этом с обеих сторон прорезей закреплены наружный и внутренний отсекатели воздушных потоков, выполненные в виде пустотелых цилиндров, одним основанием прикрепленных к крышке, а другим - направленных в сторону источника пламени, что обеспечивает формирование целенаправленного дополнительного воздушного потока, снижающего приток свежего воздуха из окружающего пространства к источнику пламени.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правой охраны, во всех случаях достаточны.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности использования энергии звуковых колебаний низкой частоты, создаваемых сабвуфером, потребляемым электроэнергию низкочастотных колебаний, поступающих на него от усилителя сигналов низкой частоты и, соответственно, сокращение времени тушения источника пламени.
Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии низкочастотных колебаний воздуха, создаваемых в резонаторе конфузором сабвуфера и направляемых через диффузор с крышкой, имеющей выходное отверстие и закрывающей его основание, и прорези как непосредственно на тушение источника огня, так и для создания дополнительного воздушного потока, выполняющего роль воздушной завесы, снижающей интенсивность притока воздуха из окружающего пространства в зону горения. При этом, в создании дополнительного воздушного потока, выполняющего роль воздушной завесы, снижающей интенсивность притока воздуха из окружающего пространства в зону горения, используется воздушный поток, образующийся между внутренним и наружным корпусами резонатора, при перемещении диффузора электродинамика в сторону основания резонатора, выполненного в виде полусферы, т.е. при отсутствии импульса напряжения на катушке электродинамика.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков: огнетушитель, содержащий блок питания и электрически последовательно соединенные генератор сигналов низкой частоты, усилитель сигналов низкой частоты, обмотку электромагнитной системы низкочастотного динамика, конструктивно соединенного с резонатором, выполненным конструктивно из соединенных в единую конструкцию конфузора и диффузора, имеющего на противоположной стороне крышку с отверстием, направляемым в сторону пламени при его тушении, отличающийся тем, что на крышке с отверстием в местах ее конструктивного соединения с выходным сечением диффузора выполнены концентрические прорези, исключающие закручивание части воздушного потока, направляемого диффузором через отверстие в крышке на очаг возгорания, и обеспечивающие создание дополнительного воздушного потока, снижающего приток свежего воздуха из окружающего пространства к источнику пламени, содержащего большее количество кислорода по сравнению с объемом горения пламени, что способствует повышению эффективности его тушения, при этом с обеих сторон прорезей закреплены наружный и внутренний отсекатели воздушных потоков, выполненные в виде пустотелых цилиндров, одним основанием прикрепленных к крышке, а другим - направленных в сторону источника пламени, что обеспечивает формирование целенаправленного дополнительного воздушного потока, снижающего приток свежего воздуха из окружающего пространства к источнику пламени.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и технический результат взаимосвязаны следующим образом.
Выполнение на крышке с отверстием в местах ее конструктивного соединения с выходным сечением диффузора концентрических прорезей, обрамленных с обеих сторон отсекателями воздушных потоков, выполненными в виде пустотелых цилиндров, одним основанием прикрепленных к крышке, а другим - направленных в сторону источника пламени, исключает закручивание части воздушного потока, направляемого диффузором через отверстие в крышке на очаг возгорания, и обеспечивает создание дополнительного воздушного потока, снижающего приток свежего воздуха из окружающего пространства к источнику пламени, что, в конечном итоге, повышает эффективность тушения источника пламени, выражающуюся в сокращении времени тушения источника пламени.
Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
По результатам исследования уровня противопожарной техники в ходе проведения патентного поиска по сведениям, доступным в странах бывшего СССР и зарубежных странах, установлено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 изображена блок-схема огнетушителя; на фиг. 2 - вид А огнетушителя, показанного на фиг. 1.
Описание конструкции огнетушителя.
Огнетушитель содержит блок 1 питания, генератор 2 сигналов низкой частоты (работающий в диапазоне 30-60 Гц), усилитель 3 сигналов низкой частоты, выход которого через разъем 4 и кабель 5 соединен с коннектором 6, соединенным с электрической обмоткой электромагнитной системы динамика 7, резонатор, состоящий из внутреннего корпуса, конструктивно выполненного соединением с помощью сварного шва 8 диффузора 9 и конфузора 10, прикрепленного винтовой парой 11 к корпусу электродинамика 7, и наружного корпуса, конструктивно выполненного соединением с помощью сварного шва 12 диффузора 13 и конфузора 14, конструктивно соединяемого с основанием наружного корпуса, выполненным в виде полусферы 15, диаметр которой равен диаметру конфузорной части резонатора, соединяемой с остальной частью наружного корпуса защелкой 16. Диффузорная часть 9 внутреннего корпуса закрыта крышкой 17 с отверстием 18, направляемым оператором на источник пламени. На крышке 17 выполнены концентрические прорези 19, обрамленные с обеих сторон наружным 20 и внутренним 21 отсекателями воздушных потоков, выполненными в виде пустотелых цилиндров, которые одним основанием прикреплены к крышке 17, а другим - направлены в сторону источника пламени.
Для удобства эксплуатации к резонатору прикреплены две ручки, из которых первая 22 крепится к конфузорной части 14 наружного корпуса, а вторая 23 - к основанию наружного корпуса (со стороны электродинамической системы сабвуфера), выполненному в виде полусферы 15, на верхней части которой рядом с ручкой 23 установлен включатель 24 для замыкания цепи коннектора 6 и электрической обмотки электродинамика 7 сабвуфера. Между внутренним и наружным корпусами резонатора проложена демпфирующая прокладка 25, выполненная из нескольких полос (не менее трех полос, расположенных относительно друг друга под углом около 120°), наклеенных на липкий клеевой слой и выполняющих роль «мягких» ребер-фиксаторов между внутренним и наружным корпусами резонатора. Данная прокладка обеспечивает снижение структурного шума вибрирующих элементов резонатора, в частности, снижение шума, излучаемого вибрирующими тонколистовыми металлическими структурами, в частности, конфузором и диффузором. Это в конечном итоге улучшает технологические и эксплуатационные свойства огнетушителя, при сохранении высоких виброшумодемпфирующих свойств в течение нескольких лет эксплуатации. Соединение крышки 17 с диффузором 9 внутреннего корпуса резонатора осуществляется винтами 26.
Для обеспечения комфортности процесса сборки (упрощения процесса сборки) огнетушителя наружный диффузор 13 выполняется (предварительно как заготовка) разрезанным по продольной оси (по образующей). В процессе сборки резонатора на корпус наружного диффузора накладывается соответствующий сварной шов.
Огнетушитель работает следующим образом.
Перед применением огнетушителя для тушения пламени включателем 24 производят включение блока 1 питания с выходов которого подаются соответствующие напряжения электропитания на генератор 2 низкочастотных колебаний и усилитель 3. Генератор 2 вырабатывает электрические сигналы низкой частоты, находящиеся в диапазоне 30…60 Гц, которые поступают на вход усилителя 3 низкой частоты, где усиливаются до необходимой мощности (например, от 100 до 1000 Вт). С выхода усилителя 3 электрические сигналы низкой частоты, установленной оператором мощности, поступают на обмотку электродинамика 7. Диффузор последнего под воздействием электромагнитной системы осуществляет низкочастотные колебания воздушных масс находящихся во внутреннем корпусе резонатора и в пространстве (зазоре) между внутренним и наружным корпусами. При тушении пламени резонатор диффузором 9, конструктивно заканчивающимся крышкой 17 с отверстием 18, прорезями 19, обрамленными с обеих сторон наружным 20 и внутренним 21 отсекателями воздушных потоков, выполненными в виде пустотелых цилиндров, направляют на источник открытого горения материала (изделия).
В результате воздействия воздушного потока, осуществляющего в резонаторе возвратно-поступательные движения, плотность которого изменяется во времени и пространстве с частотой звуковой волны, на воздушно-газовую смесь в области пламени, происходит разрежение воздуха вокруг него, мешая поступлению новой порции воздуха, содержащего кислород, то есть происходит отделение кислорода от очага возгорания за счет изменения (увеличения) скорости движения воздуха в акустическом поле. С увеличением скорости крайние слои пламени становятся тоньше и скорость гибели активных частиц становится больше скорости регенерации активных частиц, что приводит к снижению скорости химической реакции и уменьшению тепловыделения. В результате подавления очагов цепных реакций горения в пламени и блокирования притока кислорода к горящему объекту происходит понижение концентрации кислорода в воздухе до 15% и ниже, что приводит к снижению скорости тепловыделения и увеличению скорости теплоотвода из зоны горения, к исключению возникновения новых возгораний и замедлению процесса горения (окисления вещества) с последующим затуханием и полным прекращением горения пламени.
При этом эффект тушения пламени усиливается подачей колебающихся воздушных масс из прорезей 19, обрамленных с обеих сторон наружным 20 и внутренним 21 отсекателями воздушных потоков, а также подачей колебающихся воздушных масс из зазора между внутренним и наружным корпусами резонатора, снижающих концентрацию кислорода, поступающего в составе воздуха из окружающего (воздушного) пространства в зону горения. В частности, через просветы между полосами демпфирующей прокладки в сторону пламени движутся дополнительные воздушные потоки, создаваемые диффузором электродинамика при его движении в обратную сторону. Это происходит каждый раз при исчезновении сигнала напряжения на обмотке электродинамика из-за характера переменного напряжения, поступающего на данную обмотку с частотой, на которой работает генератор частоты 2, например, с частотой равной 33 Гц. Данные дополнительные воздушные потоки, создаваемые диффузором электродинамика при его движении в обратную сторону, движущиеся в сторону пламени, способствуют снижению притока свежего воздуха из окружающего пространства к источнику пламени, содержащего большее количество кислорода по сравнению с объемом горения пламени, что способствует повышению эффективности его тушения.
Таким образом, предлагаемое устройство для тушения пламени звуковыми колебаниями низкой частоты, в отличие от прототипа, повышает эффективность использования энергии и сокращает время тушения пламени при идентичных расходах электроэнергии. Данные доводы были подкреплены сравнительными испытаниями, проведенными на полигоне кафедры «Пожарная и производственная безопасность» Курганской государственной сельскохозяйственной академии им, Т.С. Мальцева. В частности, испытаниями огнетушителя звукового, описанного в прототипе, и огнетушителя звукового, описанного в настоящей заявке, при тушении модельного очага согласно действующему ГОСТу.
Эффективность предлагаемого устройства обусловливается его улучшенными энергетическими качествами и возможностью применения менее энергоемких приборов при тушении идентичного пламени, а также улучшением условий (удобств) эксплуатации.