Система пожаротушения колесного транспортного средства
WHEELED VEHICLE FIRE EXTINGUISHING SYSTEM

[01] Область техники
[02] Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к автоматическим системам пожаротушения и может быть использовано для пожарной защиты моторных отсеков и багажных отделений транспортных средств при возникновении аварий и обнаружении возгораний водителем.  Система может найти применение на различных типах и классах наземных транспортных средств, в том числе с двигателями внутреннего сгорания, с гибридными силовыми установками, в электромобилях с использованием аккумуляторных источников питания, транспортных средствах с электродвигателями сетевого питания.
[03] Уровень техники
[04] Имеется множество фактов возгораний частных автомобилей, общественного транспорта даже после незначительных дорожно-транспортных происшествий (ДТП).  Для их ликвидации важен фактор времени. Человеку в таких обстоятельствах необходимо действовать быстро: погасить сработавшие подушки безопасности; отстегнуть ремни безопасности; определить степень повреждений пассажиров; принять меры для немедленного обозначения места аварии и для  правильной эвакуации пострадавших пассажиров; оказать первую медицинскую помощь всем пострадавшим в ДТП. Все вышеперечисленное иногда приходится делать в состоянии шока и телесных повреждений после ДТП. Если на все эти обстоятельства накладывается еще фактор пожара, угрозы взрыва топлива, ожогов, отравления продуктами горения, задача становится экстремальной. В случае серьезных ДТП, когда человек не может вследствие травм позаботиться ни о себе, ни о пассажирах, последствия могут быть трагическими.  Когда нет никого, способного оказать помощь извне, возгорание зачастую приводит летальным последствиям.
[05] Наряду с этим, ДТП с отсутствием жертв и серьезных ранений фиксируются гораздо чаще, и вероятно, что система пожаротушения позволит во многих случаях значительно снизить стоимость материального ущерба владельцам автомобилей.
[06] В настоящее время для предотвращения пожаров на транспорте используются как первичные средства пожаротушения, так и автоматические системы. Первичные средства пожаротушения представляют собой огнетушители различных типов (порошковые, углекислотные, водоэмульсионные) и различные виды укрывных тканей для изоляции очага пожара от доступа кислорода.
[07] Первичные средства пожаротушения имеют следующие недостатки.
[08] 1)  Длительное время приведения в действие огнетушителя.  Как правило, огнетушители находятся не под рукой водителя транспорта или его пассажиров. Как правило, их размещают глубоко под сиденьем или в багажном отделении под инструментами, домкратами, канистрами и другим инвентарем. Попытки в шоковом состоянии (возгорание, ДТП с возгоранием, задымление) извлечь огнетушитель из этих мест, зачастую приводит к преждевременному их срабатыванию в салоне или багажнике.
[09] 2) Требуется время на организацию доступа к очагу возгорания. Подавляющее большинство возгораний происходит в подкапотном пространстве, что требует открытие замка капота из салона, а затем непосредственно открыть уже раскаленный зачастую капот. Тушение из-под колесных арок, из-под бампера неэффективно.  Сложности возникают из-за ограниченности пространства для тушения, наличия панелей защиты моторного отсека и особенностей использования огнетушителя (только в вертикальном положении).
[010] 3) Зависимость работоспособности огнетушителей от ряда факторов эксплуатации: слеживаемость огнетушащих порошков вследствие гигроскопичности; потеря сыпучести (утрамбовка) порошка в следствии вибронагрузок при  движении транспорта; утечка вытесняющих газов у порошковых огнетушителей; утечка огнетушащего состава в углекислотных огнетушителях; утечка вытесняющего газа и деградация химических реагентов в водоэмульсионных огнетушителях. Данные процессы сложно и затратно контролировать.
[011] 4) Наличие необходимого умения и навыков при пользовании огнетушителем или укрывной тканью. Зачастую человек неправильно определяет очаг возгорания и использует огнетушитель или укрывную ткань не по месту.
[012] 5) Жесткие требования к периодическому техническому обслуживанию огнетушителей.
[013] 6) Опасность самопроизвольного срабатывания при изменениях температуры, динамических нагрузках.
[014] 7) Травматизм и ожоги при неправильной эксплуатации.
[015] Системы автоматического или полуавтоматического пожаротушения в основном реагируют на температурный фактор при возгорании. В настоящее время эксплуатируются два основных типа систем автоматического пожаротушения: системы аэрозольного типа и системы порошкового пожаротушения с газообразующим составом:
[016] Системы автоматического пожаротушения аэрозольного типа имеют следующие недостатки:
[017] 1) Зависимость их срабатывания от бортовой сети автомобиля при ручном запуске системы.
[018] 2) Высокая температура и скорость выбрасываемого аэрозоля, эти факторы приводят к повреждению электропроводки, электрораспределительных устройств автомобиля, что чревато коротким замыканием и вторичным возгоранием.
[019] 3) Высокая вероятность повреждения топливных магистралей, топливных и масляных фильтров, расположенных под капотом, что угрожает утечкой топлива и опять же возгоранием.
[020] 4) Инерционность срабатывания огнепроводного шнура. При автоматическом запуске шнур воспламеняется и запускает аэрозольный генератор только после воздействия на него открытого пламени, что возможно уже при обширном горении в подкапотном пространстве.
[021] 5) Потеря потребительских свойств огнепроводного шнура (высыхание, ломкость). Вследствие этого возможное самовозгорание при эксплуатации. Срок эксплуатации огнепроводного шнура – не более 3 лет.
[022] 6) Опасность растрескивания аэрозольного заряда и взрывного (поликоординатного) горения заряда генератора.
[023] 7) Необходимость и трудоемкость демонтажа системы при проведении ремонтных работ в подкапотном пространстве.
[024] 8) Большая вероятность выхода из строя системы при столкновении автомобиля с препятствием вследствие обрыва огнепроводного шнура, нарушения контактов в электропроводке, разрушения корпуса газогенератора.
[025] 9) Не ремонтопригодность
[026] 10) Сложность контроля работоспособности системы,
[027] 11) Ограниченный срок эксплуатации.
[028] Системы автоматического пожаротушения с газообразующим составом имеют следующие недостатки.
[029] 1) Инерционность срабатывания системы, резервуар с огнетушащим и газообразующим составами должен нагреться до определенной температуры, что бы запустился процесс газогенерации в объеме резервуара;
[030] 2) Большая вероятность выхода из строя системы при столкновении автомобиля с препятствием. Разрушение устройства без распыления огнетушащего состава вследствие динамических воздействий при столкновении;
[031] 3) Не ремонтопригодность.
[032] 4) Сложность контроля работоспособности системы.
[033] 5) Ограниченный срок эксплуатации.
[034] Наиболее близким аналогом рассматриваемого решения является система пожаротушения колесного транспортного средства, раскрытая в патенте РФ RU2633955, 19.10.2017. Система включает тепловой датчик для определения возгорания, разрушаемую емкость (капсулу) с огнетушащим порошковым составом, расположенную в подкапотном пространстве транспортного средства, средство для создания давления в емкости в виде газогенерирующего заряда и средство разрушения емкости в виде ножа. В указанной системе после обнаружения локального очага возгорания датчик запускает инициирующий патрон, который воспламеняет газогенерирующий заряд. При срабатывании заряда давление повышается и газ поступает в капсулу с порошком. В дальнейшем капсула деформируется и перемещается в сторону ножа, который разрушает ее. В результате огнетушащее порошковое вещество подается в очаг возгорания.
[035] Указанный ближайший аналог имеет перечисленные выше недостатки. Так, использование в качестве триггера для срабатывания системы датчика температуры (теплового потока) позволяет осуществлять тушение возникшего пожара, но не предотвращает его возникновение, например, при столкновении транспортного средства.  Использование газогенерирующего пиротехнического заряда не является безопасным. Кроме того, процесс разрушения емкости при деформации с помощью ножа не обеспечивает высокой надежности работы и эффективности пожаротушения.  Кроме того, возможно нарушение целостности электросети и разрушение устройства при столкновении, аварии.
[036] Раскрытие сущности изобретения
[037] Основной технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение является устранение недостатков аналогов и разработка эффективной системы пожаротушения на транспорте, позволяющей как предотвращать возгорание, так и осуществлять тушение возникшего пожара.
[038] Техническим результатом изобретения является обеспечение предотвращения возгорания за счет срабатывания до возникновения пожара, повышение эффективности пожаротушения за счет комбинированного тушения газовым и порошковым составами, упрощение конструкции, повышение универсальности и ремонтопригодности, повышение надежности и скорости срабатывания, независимость от электрической системы автомобиля, повышение безопасности работы за счет отсутствия в конструкции в воспламеняющихся веществ и дополнительных источников давления.
[039] Указанный технический результат достигается в заявленном изобретении за счет того, что система пожаротушения для колесного транспортного средства содержит, по меньшей мере, одну разрушаемую емкость с огнетушащим порошковым составом, размещенную в зоне тушения, средство для создания давления в емкости, и средство разрушения емкости. В качестве средства для создания давления в емкости использован резервуар с огнетушащим газом, который соединен с, по меньшей мере, одной емкостью с огнетушащим порошковым составом посредством трубопровода с обеспечением создания давления в емкости. В качестве средства разрушения емкости использованы силовые элементы, установленные в транспортном средстве с возможностью разрушения, по меньшей мере, одной емкости при деформации кузова транспортного средства.
[040] Кроме того, для достижения технического результата предусмотрены частные варианты реализации устройства, согласно которым:
[041] - резервуар с огнетушащим газом представляет собой запасное колесо транспортного средства;
[042] - емкость и резервуар находятся под давлением огнетушащего газа 2 - 4 атм;
[043] - зона тушения представляет собой подкапотное пространство и/или багажное отделение транспортного средства;
[044] - дополнительно содержит, по меньшей мере, одно устройство ручного срабатывания с ударно-пусковым устройством, выполненное с возможностью принудительного разрушения, по меньшей мере, одной вышеуказанной емкости с огнетушащим порошковым составом;
[045] - емкость с огнетушащим порошковым представляет собой колбу из хрупкого материала, выполненную с возможностью разрушения при повышении температуры выше заданного предела;
[046] - на трубопроводе, соединяющим емкость с огнетушащим порошковым составом и резервуар с огнетушащим газом, установлены обратный клапан и контрольный манометр;
[047] - использован лепестковый обратный клапан.
[048] Основные особенности изобретения заключаются в том, что в качестве источника для давления используется резервуар с огнетушащим газом, находящимся под давлением, при этом в качестве триггера при автоматическом срабатывании системы используются силовые элементы транспортного средства, которые выполняющие функцию контроля деформации кузова. Это позволяет обеспечить следующие преимущества по сравнению с аналогами:
[049] – система срабатывает в автоматическом режиме на предотвращение возгорания, а не на тушение уже развившегося пожара;
[050] – система имеет более надежный принцип запуска;
[051] – система использует надежный источник энергии (резервуар с газом), являющийся одновременно и источником огнетушащего состава;
[052] – система использует принцип комбинированного тушения, который охватывает все типы возгораний, возможные на транспорте;
[053] – система обеспечивает работоспособность при минимальном техническом обслуживании;
[054] – в системе легко и незатратно контролируется работоспособность;
[055] – система сохраняет работоспособность в независимости от состояния огнетушащего состава;
[056] – система легко и незатратно демонтируется для проведения ремонтных работ и восстанавливается после применения.
[057] Кроме того, дополнительной особенностью изобретения является применения в качестве резервуара для огнетушащего газа запасного колеса автомобиля, что позволяет упростить и облегчить конструкцию и монтаж системы. При этом взаимозависимость компонентов системы и первоочередных запасных деталей автотранспорта (колеса), заинтересовывает и в своем роде вынуждает водителей заботиться о поддержании ее в работоспособном состоянии.
[058] Краткое описание чертежей
[059] Изобретение поясняется чертежами, где:
[060] На фигуре 1 показана схема заявленной системы пожаротушения;
[061] На фигуре 2 показана схема размещения элементов системы в автомобиле.
[062] Конструктивные элементы и другие объекты обозначены на фигурах следующими позициями:
1 – емкость с огнетушащим порошковым составом,
2 – силовые элементы,
3 – резервуар с огнетушащим газом (запасное колесо транспортного средства),
4 – трубопровод,
5 – обратный клапан,
6 – контрольный манометр,
7 – ударно-пусковое устройство,
8 – устройство ручного запуска (рычаг, нажимной рычаг).
[063] Осуществление изобретения
[064] Основными компонентами системы являются емкость (1) с огнетушащим порошковым составом, резервуар (2), заполненный огнетушащим газом, находящимся под давлением и силовые элементы (3) для разрушения емкости.
[065] Емкость (1) является источником для подачи огнетушащего порошка в зону тушения, под которой в рамках настоящей заявки подразумевает зона потенциального или фактического возгорания. Емкость может устанавливаться, в частности, в передней части (подкапотном пространстве) или в задней части (багажнике) транспортного средства, например, если двигатель размещен сзади. В конструкции системы может быть предусмотрено несколько емкостей (1) для защиты различных узлов транспорта.  Месторасположение емкости определяется геометрическими характеристиками подкапотного пространства, расположением двигателя, капота, устройств и механизмов транспортного средства. Для легкового автомобиля наиболее предпочтительное место – моторный щит в подкапотном пространстве или задняя панель багажного отделения.
[066] Емкость может представлять собой колбу (капсулу) из хрупкого материала (стекло, хрупкий пластик и т.д.) способного к контролируемому разрушению. Емкость заполнена огнетушащим порошком, например, типа АВС. Предполагается, что емкость (1) имеет возможность разрушения не только при механическом воздействии, но и при воздействии температуры и/или давления выше заданного порогового значения, что может использоваться для тушения возгораний без повреждений транспортного средства при столкновении.
[067] Силовые элементы (2) предназначены для разрушения емкости (1) при деформации кузова транспортного средства.  При защите подкапотного пространства силовые элементы установлены в капоте или в раме капота и представляют собой отдельные стержни или интегрированные в раму капота элементы (ребра).  Эти элементы (2) установлены от передней или боковой кромки капота до емкости, с определенным зазором между их торцами и емкостью (1) так, что в случае фронтального, фронтально-бокового или бокового столкновения, капот, как наиболее прослабленный элемент конструкции автомобиля, деформируется и силовые элементы  (2) со стороны деформации надавливают (ударяют) по емкости (1) с огнетушащим составом. Вследствие избыточного внутреннего давления происходит вскрытие емкости и мгновенный разброс огнетушащего состава по подкапотному пространству.
[068] Резервуар (3) предназначен для создания постоянного давления вытесняющего огнетушащего газа внутри емкости (1) заполненной  огнетушащим порошковым составом и вытесняющим огнетушащим  газом (углекислым газом, азотом и т.д.) и дальнейшего распыления огнетушащего порошкового состава при разрушении емкости (1). Наиболее предпочтительно в качестве резервуара (3) использовать запасное колесо автомобиля. Однако возможно применять отдельный резервуар, устанавливаемый в транспортном средстве. Резервуар (3) соединен с емкостью (1) посредством трубопровода (4), роль которого может выполнять пневматическая трубка. На трубопроводе (4) установлен лепестковый обратный клапан (5), а также перекрывной кран (на чертежах не показан) и контрольный манометр (6). Клапан (5) необходим для предотвращения проникновения порошкового огнетушащего состава в трубопровод. Огнетушащий газ находится в системе резервуар-трубопровод - емкость под давлением выше атмосферного. Избыточное давление составляет от 2 - 4 атм, что соответствует обычному давлению в запасном колесе.
[069] В системе также предусмотрена возможность ручного запуска. Для этого применяется ударно-пусковое устройство (7), связанное с устройством (8) ручного запуска с тросиком, которое приводится в действие водителем или пассажиром транспортного средства.
[070] Система работает следующим образом
[071] При столкновении транспортного средства с препятствием или другим транспортом происходит деформация кузова (капота, багажника и т.д.), что проводит к смещению силовых элементов (2), которые разрушают емкость (1) с огнетушащим порошком, находящуюся под давлением, создаваемым газом в резервуаре (3). За счет избыточного давления порошок распыляется в зоне тушения и полностью покрывает детали и механизмы, предотвращая их возгорание, например, вследствие утечек топлива, короткого замыкания, воздействия высоких температур двигателя, коллектора. Кроме того, образуется медленно оседающая взвесь, которая предохраняет транспортное средство от воспламенения паров топлива. По существу, реализуется принцип объемного пожаротушения.  Дополнительно порошок покрывает грунт (дорожное покрытие) под транспортным средством, предотвращая возгорание пролившегося топлива, масла, технических жидкостей.
[072] Эффект предотвращения возгорания усиливается тем, что после вскрытия емкости (1) из резервуара (3) продолжает поступать огнетушащий газ, что препятствует оседанию взвеси порошка и обеспечивает вытеснения  кислорода (окислитель) из опасной зоны. Таким образом, в дополнении к порошковому пожаротушению реализуется продолжительное тушения газом. При использовании для защиты подкапотного пространства углекислого газа, который тяжелее воздуха, он оседает и растекается, проходя сквозь подкапотное пространство, не затрагивая салон транспортного средства. В результате предотвращается возгорания в подкапотном пространстве и под автомобилем.
[073] Таким образом, еще до появления очага возгорания предпринимаются меры для его подавления.
[074] В случае обнаружения возгорания при отсутствии аварийной ситуации (при отсутствии деформации транспортного средства), водитель или пассажир, определив факт возгорания в подкапотном пространстве, может инициировать ручной запуск. При нажатии устройства запуска системы (8) приводится в действие пружина ударно-пускового устройства (7), которое вскрывает емкость (1) с порошком. Далее происходит тушение по вышеописанному алгоритму.
[075] Система предполагает так же срабатывание и в случае самовозгорания (поджога) при нахождении транспортного на стоянке и отсутствии людей в салоне.  Емкость (1) с огнетушащим порошком находится под избыточным давлением и в случае возгорания автомобиля разрушается от нагрева и/или повышения внутреннего избыточного давления.
[076] Для подтверждения эффективности пожаротушения заявленной системы в подкапотном пространстве автомобиля были проведены натурные испытания.  Очаг возгорания был сымитирован в подкапотном пространстве двумя поддонами, заполненными смесью бензина и моторного масла в объеме 150 мл каждый.  Поддоны располагались по обе стороны от двигателя (автомобиль с продольным расположением двигателя).  Емкость с огнетушащим порошком объемом 1.5 л располагалась посредине моторного щита.  От запасного колеса, заполненного углекислым газом, к емкости подводилось давление в 3,2 атм посредством соединительного трубопровода. Емкости с бензином были подожжены, капот закрыт. После выдержки в 10 секунд, посредством ударно-пускового устройства был осуществлен пуск.  Капот был открыт через 20 секунд.  Объем подкапотного пространства был заполнен плотной взвесью огнетушащего порошка. Горения не наблюдалось.  Поверхность  поддонов была покрыта огнетушащим порошком. Из соединительной трубки продолжал истекать углекислый газ. Поверхности подкапотного пространства, двигатель с агрегатами, аккумулятор, проводка, электрика покрыты слоем порошка. Внутренняя поверхность капота покрыта слоем порошка. Под автомобилем, выступающий за габариты передней части корпуса на 0,5-0,7 м слой порошка. Под салоном, от моторного отсека слой порошка также распространился на расстояние 0,5-0,7 м. по грунту. При открытии капота повторного возгорания не наблюдалось. Таким образом, система подавила сымитированный очаг горения.
2
2
3
[077] Также были проведены испытания системы на укрывистость некондиционным, слежанным огнетушащим порошком. Порошок хранился в сыром помещении при влажности свыше 85%  в течение 1,5 месяцев. После чего порошок был помещен стеклянную емкость цилиндрической формы. В горизонтальном положении емкость с порошком находилась 2.5 месяца неподвижно. Порошок слежался вследствие гигроскопичности и взаимной деформации его гранул.  При наклоне в 45-50° заряд порошка оставался неподвижным, не пересыпаясь по внутреннему объему. Вышеуказанная емкость объемом 1 л была размещена на высоте 800 мм от поверхности земли на вертикальной панели, имитирующей моторный щит. Сверху над емкостью на высоте 150 мм располагался горизонтальный отражающий лист, имитирующий капот автомобиля.  От запасного колеса, заполненного углекислым газом, к емкости подводилось давление в 3 атм посредством соединительного трубопровода. Ветер в момент испытания либо отсутствовал, либо фронтальные порывы не превышали 0,5 м/с. Посредством ударно-пускового устройства был осуществлен пуск. Часть заряда огнетушащего порошка непосредственно была выкинута на грунт.  Другая часть отразилась от вертикальной панели (моторного щита) и была отброшена преимущественно на грунт.   Расстояние составило 0,3 – 1,2 м от вертикальной панели, с незначительной задержкой по времени. Часть отразилась от горизонтальной панели и была отброшена на грунт на расстоянии около 2 м позднее двух предыдущих частей. Время прохождение всех волн выброса не превышало 0,3 с. Устойчивое облако взвеси порошка находилась в воздухе, около 35-40 с. Впоследствии была в большей части отнесена от вертикальной панели струей истекающего углекислого газа из соединительной магистрали. След от порошка имел форму полу эллипса с полуосями 1,5 и 2,8 м. Зона с полным покрытием поверхности грунта (горизонтальной поверхностью) имела форму полу эллипса с полуосями 1,1 и 1,9 м. Площадь полной укрывистости на поверхности грунта составила более 3 м. Площадь горизонтального сечения подкапотного пространства автомобиля с самыми распространенными объемами двигателя не превышала 1,2-1.4 м. Высота подкапотного пространства в среднем составляла 600 мм.  Коэффициент заполнения объема двигателем и агрегатами был более 0,6. Воздухообмен в подкапотном пространстве ограничен со всех сторон, кроме нижней части. Во многих автомобилях и снизу применяются пластиковые панели и защитные поддоны, что еще дополнительно ограничивает воздухообмен, делает его условно герметичным. Следовательно, объем, в котором может развиваться горение, ограничен 0,5-0,8 м.  В запасном колесе может находиться при давлении в 3 атм до 180 литров огнетушащего состава (газа). Это объем газа эквивалентный объему газа в огнетушителе углекислотном ОУ-3.
[078] Исходя из данных результатов, были сделаны следующие выводы.
[079] 1) Энергии разрыва емкости под давлением в 2-3 атм будет достаточно для качественного и полного распыления даже некондиционного слежалого и влажного огнетушащего состава.
[080] 2) Объема в 1 л огнетушащего порошка вполне достаточно для использования в распространённых классах легковых автомобилей. Данный показатель может корректироваться в зависимости от модели транспортного средства.
[081] 3) Воздействие на очаг горения будет осуществляться не менее чем четырьмя волнами поступления огнетушащего порошка в короткий промежуток времени.
[082] 4) Процесс тушения очага возгорания будет совмещать принципы плоскостного и объемного тушения.
2
2
[083] 5) Процесс тушения осуществляется последовательно следующими процессами: первичным взрывным воздействием, поэтапным поступлением смеси огнетушащего газа (СО) и огнетушащего порошка в зону горения, взвесью огнетушащего порошка в объеме с ограниченным воздухообменом, поступлением огнетушащего газа (СО), выделением огнетушащих газов от порошка при соприкосновении с горячими участками двигателя и очага возгорания.
[084] 6) Способами повышения эффективности системы являются: увеличение давления в емкости с огнетушащим порошком, увеличение количества огнетушащего порошка в емкости, увеличение (уменьшение) обоих компонентов в зависимости от особенностей конкретного транспортного средства.
[085] Таким образом, заявленная система имеет следующие преимущества: простота конструкции; низкая стоимость; предварительное (профилактическое) срабатывание при аварийных ситуациях, предупреждающее возникновение возгораний; высокая скорость срабатывания; универсальность (автоматические запуски, ручной запуск); исключение участия человека для запуска системы при ДТП; независимость от электрической сети автомобиля, которая может выйти из строя при аварии; отсутствие в конструкции системы воспламеняющихся веществ; отсутствие высокотемпературного воздействия на агрегаты и узлы автомобиля; простота контроля работоспособности; отсутствие фактора слеживаемости порошка при длительной эксплуатации; отсутствие дополнительных источников давления и газа для запитывания системы давлением; применение комбинированных методов тушения; заинтересованность водителя в поддержании работоспособности запасного колеса, а следовательно и системы пожаротушения; высокая ремонтопригодность. Заявленная система может помочь снизить нежелательные последствия при подавляющем большинстве ДТП.