Модуль пожаротушения
FIRE EXTINGUISHING MODULE

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к модулям пожаротушения, которые могут быть использованы для тушения пожаров тонкораспыленной огнетушащей жидкостью как в помещениях категорий А и Б по взрывопожароопасности, так и наружных установок категорий АН и БН по взрывопожароопасности.
Из уровня техники известны модули пожаротушения тонкораспыленной огнетушащей жидкостью (патенты РФ на изобретения №2424839, опубл. 27.07.2011 г., №2607967, опубл. 11.01.2017 г., патент на полезную модель №129402, опубл. 27.06.2013 г.,), оснащенные газогенерирующими устройствами, выделяющими рабочий газ с температурой 800-1000°С.
Общим недостатком известных модулей является отсутствие конструктивных элементов, снижающих до взрывобезопасного уровня температуру газов, поступающих из газогенерирующего устройства в объем корпуса модуля, а также отсутствие элементов, обеспечивающих защиту взрывоопасных зон вокруг модуля от возможного возникновения искр от потенциальных источников воспламенения в самом модуле.
Применение указанных модулей исключено на взрывоопасных объектах в штатном рабочем состоянии, особенно в аварийных ситуациях, когда при возникновении трещин, в частности, при нарушении целостности разрушаемой мембраны, может произойти вытекание огнетушащей жидкости и горячий газ поступит непосредственно во взрывоопасную среду, а также в силу возникновения возможности повреждения конструктивно незащищенного соединения кабеля пусковой цепи с электрооборудованием газогенерирующего устройства при эксплуатационных механических нагрузках (изгибы, вибрация и т.п.) и, соответственно, образование искр.
Из уровня техники известен принятый за прототип модуль пожаротушения по патенту №2588486 (опубл. 27.06.2016 г.), содержащий многоканальный насадок-распылитель с центральным каналом и ступенчато изменяемым внешним диаметром, обеспечивающий создание тонкораспыленного потока жидкого огнетушащего вещества, которым снаряжен герметичный корпус модуля, оснащенный в нижней части горловиной и снабженный в верхней части газогенерирующим устройством с газогенерирующим зарядом и герметичным корпусом, в котором с зазором размещен тонкостенный корпус газогенерирующего заряда, выпускной насадок, смонтированный посредством гайки на выходном конце горловины и снабженный фильтрующим элементом и разрушаемой мембраной, поджатой к горловине с помощью шайбы, имеющей отверстие с острой кромкой, направленной к мембране и оснащенной цилиндрическим ловителем срезаемой части мембраны, размещенное между выпускным насадком и насадком-распылителем цилиндрическое средство осреднения потока, кронштейн.
Недостатком прототипа является отсутствие конструктивных элементов, снижающих до взрывобезопасного уровня температуру газов, поступающих из газогенерирующего устройства в объем корпуса модуля, а также отсутствие элементов, обеспечивающих защиту взрывопасных зон вокруг модуля от возможного возникновения искр от потенциальных источников воспламенения в самом модуле.
Применение указанного модуля исключено на взрывоопасных объектах в штатном рабочем состоянии, особенно в аварийных ситуациях, когда при возникновении трещин, в частности, при нарушении целостности разрушаемой мембраны, может произойти вытекание огнетушащей жидкости и горячий газ поступит непосредственно во взрывоопасную среду, а также в силу возникновения возможности повреждения конструктивно незащищенного соединения кабеля пусковой цепи с электрооборудованием газогенерирующего устройства при эксплуатационных механических нагрузках (изгибы, вибрация и т.п.) и, соответственно, образование искр.
Насадок-распылитель известного устройства предусматривает 10-20 сквозных отверстий, но практика показала, что эта плотность размещения отверстий не достаточна для равномерного распыла огнетушащей жидкости по внешней зоне орошения. При этом шнек не создает условия для полностью равномерного орошения центральной зоны под модулем. Таким образом, достичь равномерности распределения огнетушащего вещества на защищаемой площади не представляется возможным, что снижает эффективность пожаротушения, ставит под сомнение гарантированно надежное достижение функционального результата при использовании модуля по назначению.
Кроме того, известный модуль предполагает оснащение единственно возможной конструкцией насадка-распылителя, предназначенной для тушения отдельных очагов классов А, В на защищаемой площади, которая непригодна для эффективного тушения пожаров при розливе жидкого горючего вещества из-за недостаточно высокой скорости тонкораспыленного потока.
Вышесказанное позволяет сделать вывод, что модуль по прототипу имеет ограниченные эксплуатационные возможности.
Задачей настоящего изобретения является создание компактного модуля пожаротушения с расширенными эксплуатационными возможностями, пригодного для применения на взрывопожароопасных объектах категорий А, Б, АН, БН за счет одновременного создания условий, снижающих до взрывобезопасного уровня температуру газов, поступающих из газогенерирующего устройства в объем корпуса модуля, и условий, исключающих, при возникновении нештатных ситуаций с модулем, попадание искр во внешнее пространство, применимого как для тушения отдельных очагов пожара классов А, В, так и для пожара при проливе горючей жидкости за счет вариабельности выполнения конструкции насадка-распылителя с возможностью его замены в соответствии с существующей потребностью при более высокой эффективности пожаротушения путем конструктивно обусловленного достижения более равномерного распределения огнетушащего вещества на защищаемой площади и увеличения скорости его подачи.
Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией модуля пожаротушения, содержащего многоканальный насадок-распылитель с центральным каналом и ступенчато изменяемым внешним диаметром, обеспечивающий создание тонкораспыленного потока жидкого огнетушащего вещества, которым снаряжен герметичный корпус модуля, оснащенный в нижней части горловиной и снабженный в верхней части газогенерирующим устройством с газогенерирующим зарядом и герметичным корпусом, в котором с зазором размещен корпус газогенерирующего заряда, выпускной насадок, смонтированный посредством гайки на выходном конце горловины и снабженный фильтрующим элементом и разрушаемой мембраной, поджатой к горловине с помощью шайбы, имеющей отверстие с острой кромкой, направленной к мембране и оснащенной цилиндрическим ловителем срезаемой части мембраны, размещенное между выпускным насадком и насадком-распылителем цилиндрическое средство осреднения потока, кронштейн. Особенность заключается в том, что газогенерирующее устройство с зазором, заполненным жидкостью, размещено в оболочке, в которой ниже заданного уровня жидкого огнетушащего вещества выполнены отверстия, а ее верхняя часть на конструктивно минимально возможном расстоянии от корпуса модуля оснащена сквозными пазами, зазор между корпусом газогенерирующего устройства и корпусом газогенерирующего заряда заполнен мелкодисперсным сыпучим диэлектрическим материалом, верхняя часть корпуса модуля оснащена фланцем, фланец и кронштейн выполнены с обеспечением возможности, после соединения между собой через уплотнительную прокладку из диэлектрического материала, формирования вводной коробки, оснащаемой герметичным кабельным вводом, состоящим из жестко соединенного с фланцем штуцера со сквозным отверстием, имеющим внутреннюю резьбу, кольцеобразного элемента из диэлектрического материала, форма наружной поверхности которого представляет собой цилиндр, с каждого из торцов переходящий в усеченный конус, шайбы с внутренним коническим отверстием и болта для поджатия кольцеобразного элемента, при этом многоканальный насадок-распылитель выполнен с центральным каналом, выходящим напрямую во внешнюю среду, оснащен центробежным завихрителем в виде цилиндра с внутренним диаметром большим диаметра центрального канала, газодинамически сообщающимся со средством осреднения потока через отверстия, размещенные в его стенке на минимально конструктивно возможном расстоянии от его глухого торца со стороны средства осреднения потока, причем в стенке насадка - распылителя выполнены сквозные отверстия, перпендикулярные его центральному каналу и равномерно распределенные на одном уровне по его боковой поверхности, а над отверстиями закреплен полый конический отражатель расширяющейся частью вниз, или многоканальный насадок-распылитель оснащен центральным каналом, конусообразно сужающимся к донной части насадка-распылителя, которая выполнена с глухой центральной зоной и с отверстиями, сообщающимися с центральным каналом и размещенными, как минимум, на 2 условных концентрических окружностях, при этом каналы отверстий выполнены с наклоном относительно центрального канала насадка-распылителя, а наклон каналов крайнего ряда отверстий составляет 15-30°.
В частности, зазор между газогенерирующим устройством и оболочкой составляет 1-3 мм.
В частности, в оболочке выполнены 2-4 отверстия диаметром 2-4 мм.
В частности, сформированная фланцем и кронштейном вводная коробка оснащена зажимами для наружного и внутреннего заземления.
В частности, кронштейн оснащен отверстиями для крепления к несущей поверхности, перекрытыми плоскими кольцами из диэлектрического материала с диаметром отверстий на 0,5-1 мм меньшим наружного диаметра крепежных элементов.
В частности, в стенке насадка-распылителя, оснащенного центробежным завихрителем, выполнены, как минимум, 24 отверстия.
В частности, в стенке центробежного завихрителя выполнены 2-4 отверстия.
В частности, отношение толщины стенки насадка-распылителя, оснащенного завихрителем, в зоне сквозных отверстий к диаметру каждого отверстия составляет 1,5-3,0.
В частности, угол конуса отражателя составляет 75-130°.
Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый модуль пожаротушения во взрывозащищенном исполнении отличается от ближайшего аналога наличием оболочки, в которой с зазором, заполненным жидкостью, размещено газогенерирующее устройство, заполнением зазора между корпусом газогенерирующего устройства и корпусом газогенерирующего заряда мелкодисперсным сыпучим диэлектрическим материалом; возможностью формирования в процессе сборки вводной коробки, обеспечивающей оптимальную герметизацию искроопасных элементов модуля; возможностью замены насадка-распылителя на альтернативную конструкцию в соответствии с существующей потребностью.
Именно совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками заявляемого решения позволила достичь вышеуказанный технический результат, который невозможно достичь известным модулем, и решить поставленную задачу.
Предлагаемый модуль пожаротушения тонкораспыленным жидким огнетущащим веществом иллюстрируется графическими изображениями.
Фиг. 1 - продольный разрез модуля пожаротушения с насадком-распылителем, оснащенным завихрителем и предназначенным для пожаротушения отдельных очагов пожара классов А, В.
Фиг. 2 - продольный разрез модуля пожаротушения с насадком-распылителем, имеющим донную часть с глухой центральной зоной и предназначенным для пожаротушения при проливе горючей жидкости.
Фиг. 3 - вид А на фиг. 2.
Модуль пожаротушения содержит герметичный корпус 1, внутри которого находится огнетушащее вещество 2 в виде воды, водных растворов или огнетушащей жидкости или их смесей. Огнетушащее вещество 2 заполняет по объему корпус модуля до 85-94%. В верхней части корпуса 1 модуля установлено являющееся источником рабочего газа газогенерирующее устройство 3 с герметичным корпусом 4, в котором выполнены отверстия 5, с установленными и зафиксированными в промежуточном корпусе 6 (например, из жести) газогенерирующим зарядом 7 и элементом электропусковым 8. В нижней части корпуса 6 выполнены выпускные отверстия 9. Зазор между корпусами 4 и 6 заполнен мелкодисперсным сыпучим диэлектрическим материалом 10, например, песком кварцевым. Газогенерирующее устройство 3 соосно размещено в оболочке 11, в которой ниже заданного уровня жидкого огнетушащего вещества 2 выполнены отверстия 12, а ее верхняя часть на конструктивно минимально возможном расстоянии от корпуса 1 оснащена сквозными пазами 13.
Модуль выполнен с возможностью подвесного его крепления с помощью кронштейна 14. Верхняя часть корпуса 1 модуля оснащена фланцем 15. Кронштейн 14 и фланец 15 соединены между собой через уплотнительную прокладку 17 из диэлектрического материала, например, из резины (ТУ 38.005.1166-87) с формированием вводной коробки 18.
Кронштейн 14 оснащен отверстиями для крепления к несущей поверхности, частично перекрытыми (например, приклеенными) плоскими кольцами 19 из диэлектрического материала, например, из резины (ТУ 38.005.1166-87). Сформированная кронштейном 14 и фланцем 15 вводная коробка 18 оснащена зажимами для наружного 20 и внутреннего 21 заземления. Сформированная вводная коробка 18 снабжена герметичным кабельным вводом 22, установленным на фланце 15 и состоящим из штуцера 23, резинового кольца 24, стальной шайбы 25 и болта 26. В отверстие кабельного ввода 22 проведен пусковой кабель 27. Для соединения пускового кабеля 27 с проводами элемента электропускового 8 во вводной коробке 18 размещен зажим контактный винтовой 28.
Нижняя часть корпуса 1 модуля оснащена горловиной 29, на выходном конце которой посредством гайки 30 смонтирован выпускной насадок 31 с разрушаемой мембраной 32 и фильтрующим элементом 33. Разрушаемая мембрана 32 поджата к горловине 29 с помощью шайбы 34 с острой кромкой, направленной к мембране. В шайбе 34 установлен цилиндрический ловитель 35 срезаемой части мембраны 32, выполненный, например, в виде стержня или прутка. Донная часть выпускного насадка 31 оснащена средством 36 осреднения потока огнетушащего вещества после его прохождения через фильтрующий элемент 33. Средство 36 осреднения потока выполнено в виде цилиндра, к нижней части которого присоединен (например, с помощью резьбы) многоканальный насадок-распылитель, предназначенный или для пожаротушения отдельных очагов пожара классов А, В позиция 37 на фиг. 1, или для пожаротушения при проливе горючей жидкости позиция 38 на фиг. 2.
Насадок-распылитель 37 (фиг. 1), предназначенный для пожаротушения модулем отдельных очагов пожара классов А, В, представляет собой цилиндр с центральным каналом 39, выходящим напрямую во внешнюю среду, и ступенчато изменяемым внешним диаметром. В стенках насадка-распылителя 37 выполнены, как минимум, 24 сквозных отверстия 40 (максимальное количество определяется минимально конструктивно возможным расстоянием между ними), перпендикулярные его центральному каналу 39 и равномерно распределенные на одном уровне по его боковой поверхности. Над отверстиями 40 закреплен полый конический отражатель 41 расширяющейся частью вниз. Насадок-распылитель 37 оснащен центробежным завихрителем 42 в виде цилиндра с внутренним диаметром большим диаметра центрального канала насадка-распылителя 37. Центробежный завихритель 42 газодинамически сообщается со средством 36 осреднения потока через отверстия 43, размещенные в его стенке на минимально конструктивно возможном расстоянии от его глухого торца со стороны средства 36 осреднения потока.
Насадок-распылитель 38 (фиг. 2), предназначенный для пожаротушения при проливе горючей жидкости, представляет собой цилиндр с центральным каналом 44, конусообразно сужающимся к донной части 45 насадка-распылителя 38, и ступенчато изменяемым внешним диаметром. Донная часть 45 выполнена с глухой центральной зоной 46 и с отверстиями 47, сообщающимися с центральным каналом 44 и размещенными на условных концентрических окружностях 48.
Предлагаемый модуль пожаротушения работает следующим образом. С помощью кронштейна 14 модуль монтируется над защищаемой площадью. Перед монтажом производится сборка герметичной вводной коробки 18. Для этого в отверстие кабельного ввода 22 заводится 3-х жильный кабель 27, у которого две жилы через зажим контактный пусковой 28 соединяются с проводами элемента электропускового 8, а третья жила - с зажимом внутреннего заземления 21. Путем поджатия резинового кольца 24 болтом 26 через шайбу 25 осуществляется герметизация кабельного ввода 22. После этого через прокладку 17 производится соединение кронштейна 14 с фланцем 15. По окончании монтажа модуля подключается через зажим 20 наружное заземление.
При подаче электрического импульса на проводниковые выводы элемента электропускового 8 происходит срабатывание газогенерирующего устройства 3. После его срабатывания происходит термическое разложение газогенерирующего заряда 7, а выделяемый при разложении газ через выпускные отверстия 9 поступает в зазор между корпусами 4 и 6 и, протекая сквозь сыпучий материал 10, подвергается охлаждению, искрогашению и очистке. После этого через отверстия 5 и сквозные пазы 13 газ поступает в свободный от огнетушащего вещества 2 объем корпуса 1 модуля. Зазор между соосно расположенными корпусом 4 газогенерирующего устройства 3 и оболочкой 11 через отверстия 12 до верхнего уровня огнетушащего вещества 2 заполнен жидкостью, например, водой с пожаротушащими добавками, которая испаряется через отверстия 12 с отбором тепла от стенок корпуса 4 газогенерирующего устройства 3. Сама оболочка 11 благодаря зазору между корпусами 4 и 11 незначительно подвержена наружному прогреву.
При достижении в корпусе 1 модуля давления газа, соответствующего уровню вскрытия мембраны 32, центральная ее часть срезается в виде круга, который задерживается цилиндрическим ловителем 35, исключая тем самым, перекрытие части проходного сечения у фильтрующего элемента 33. Жидкое огнетушащее вещество 2 под давлением поступает в выпускной насадок 31, подвергается очистке, проходя через фильтрующий элемент 33 (продукты сгорания газогенерирующего заряда 6, окисная пленка, образующаяся на жидком огнетушащем веществе 2 в процессе хранения модуля). Затем жидкое огнетушащее вещество 2 поступает во внутреннее пространство средства 36 осреднения его потока и далее в центральный канал насадка-распылителя 37 или 38.
Принцип работы насадка-распылителя 37, предназначенного для пожаротушения отдельных очагов пожара классов А, В следующий. Жидкое огнетушащее вещество 2, проходя через отверстия 40 на боковой поверхности цилиндра насадка-распылителя 37, формируется в тонкораспыленный поток с заданным углом распыла при помощи полого конического отражателя 41. При контакте с отражателем 41 струи жидкого огнетушащего вещества 2 разбиваются на капли размером до 150 мкм, а очень плотное расположение отверстий 40 (не менее 24 штук) создает после контакта с отражателем 41 равномерное распределение огнетушащего вещества 2 по периферии и в средней зоне защищаемой площади. С учетом того, что жидкость 2 движется по каналам отверстий 40 и вдоль поверхности отражателя 41 практически без гидравлических потерь, скорость полета капель в тонкораспыленном потоке вне модуля максимальная, что является достаточным условием преодоления каплями огнетушащего вещества 2 конвекционных потоков при их проникновении в зону горения. Часть жидкого огнетушащего вещества 2 поступает в защищаемую зону через отверстия 43 центробежного завихрителя 42, что обеспечивает создание расширяющегося в пространстве над центральной частью защищаемой площади тонкораспыленного потока огнетушащего вещества 2 в дополнение к узкой струе от центрального канала 39 насадка-распылителя 37.
Принцип работы насадка-распылителя 38, предназначенного для пожаротушения при проливе горючей жидкости следующий. При розливе горючей жидкости обычно возникает высокая пожарная нагрузка, что требует обеспечение компактной струи тонкораспыленного потока с высокой скоростью, которая создается движением жидкого огнетушащего вещества 2 по каналам отверстий 47, имеющих наклон относительно центрального канала 44 насадка-распылителя 38, при этом наклон крайнего ряда отверстий должен составлять 15-30°, чтобы обеспечить покрытие тонкораспыленным высокоскоростным потоком только защищаемой площади.
3
Для оценки возможности применения во взрывоопасных зонах были проведены испытания заявляемого модуля без снаряжения огнетушащим веществом и модуля, снаряженного 13,5 дм жидкого огнетушащего вещества, путем измерения температуры корпуса при помощи тепловизора testo 868 и температуры газов из отверстий насадка - распылителя при помощи термопары типа хромель-копель (L) ГОСТ Р 50431-92.
По результатам испытаний зафиксировано следующее:
- максимальная температура газов для модуля, снаряженного огнетушащим веществом - плюс 32-38°С, для модуля без огнетушащего вещества - плюс 30-88°С;
- максимальная температура корпуса модуля, снаряженного огнетушащим веществом - плюс 70,3-81,5°С, для модуля без огнетушащего вещества - плюс 66,5-76,1°С.
По результатам испытаний была проведена экспертиза ООО «Центр сертификации взрывозащищенного и рудничного оборудования (ООО «НАНИО ЦСВЭ») г. Люберцы. Согласно экспертизе вводная коробка имеет степень защиты от внешних воздействий по ГОСТ 14254-2015 IP65, а сам модуль - Ex-маркировку для взрывоопасных сред РО Ex ia I Ma X / ОЕх ia IIC Т4 Ga X / Ex ia IIIC T135°C Da X.
В результате испытаний и экспертизы определена область применения заявляемого модуля:
- подземные выработки шахт, рудников и их наземные строения, опасные по газу (метан) и/или угольной пыли;
- взрывоопасные газовоздушные среды категорий смесей IIA, IIB или IIC температурных групп Т1-Т4;
- взрывоопасные пылевоздушные среды категорий смесей IIIA, IIIB или IIIC.
2
2
Испытания показали, что заявляемый модуль позволяет надежно тушить отдельные очаги пожара классов А, В на площади до 30,2 м и пожары при проливе горючей жидкости на площади 7,32 м.
Прототип не позволяет тушить пожары при проливе горючей жидкости.
Проведенные испытания показали, что заявляемый модуль, в отличии от прототипа, пригоден для применения на взрывопожароопасных объектах категорий А, Б, АН, БН с более высокой эффективностью пожаротушения.
Таким образом, предлагаемый модуль пожаротушения практически реализуем, позволяет удовлетворить давно существующую потребность в решении поставленной задачи.