ОГНЕТУШИТЕЛЬ

Полезная модель относится к переносным и передвижным устройствам, предназначенным для тушения очага пожара посредством направленной подачи огнетушащего вещества на горящую поверхность. Управление такими устройствами производится оператором, который осуществляет управление выпуском огнетушащего вещества из емкости огнетушителя и направляет струю огнетушащего вещества на очаг пожара.
В опубликованной патентной заявке US 2003/0173422 (опубликована 18.09.2003, МПК: В05В 1/34, А62С 31/12) раскрыта конструкция переносного огнетушителя. В состав огнетушителя входит емкость с огнетушащей жидкостью, система вытеснения жидкости из емкости, запорно-пусковое устройство и распылитель жидкости. Выход запорно-пускового устройства соединен с распылителем жидкости через гибкий трубопровод. В качестве огнетушащего вещества в огнетушителе используется пенообразующая жидкость. Распылитель жидкости содержит последовательно установленные центробежный завихритель потока жидкости и выходное сопло с профилированным каналом.
В процессе работы известного огнетушителя осуществляется генерация распыленной струи жидкости за счет предварительного закручивания рабочей жидкости в промежуточной камере, расположенной перед входом в сопло. Конструкция огнетушителя предусматривает возможность регулирования угла распыла генерируемого потока. Путем регулирования можно создавать либо распыленный газокапельный поток с большим углом конусности факела, либо компактную струю с малым углом конусности в зависимости от размеров очага пожара и интенсивности горения.
Однако такой огнетушитель не позволяет генерировать пространственно однородные тонкораспыленные струи жидкости со средним арифметическим диаметром капель в спектре распыленной жидкости не более 150 мкм. Данное условие является определяющим для оценки возможности тушения электрооборудования, находящегося под высоким напряжением (более 1000 В). Кроме того, использование жидкого пенообразователя существенно ограничивает нижний предел температуры окружающей среды, при которой не замерзает огнетушащее вещество и обеспечивается необходимая
эффективность тушения пожаров классов А (горение твердых веществ) и В (горение жидких веществ). Для жидких пенообразователей нижний температурный предел хранения и эксплуатации составляет -15°С (температура замерзания состава). Вместе с тем использование струи жидкого пенообразователя в качестве огнетушащего вещества исключает возможность тушения электрооборудования под напряжением.
Другим аналогом полезной модели является огнетушитель, конструкция которого раскрыта в опубликованной международной заявке WO 94/06517 (опубликована 31.03.1994, МПК А62С 31/03; В05В 1/12). Огнетушитель включает в свой состав систему подачи жидкого огнетушащего вещества, в качестве которого используется вода. Вода находится в емкости под высоким давлением (около 300 бар). Емкость соединена с распылительным устройством через запорно-пусковое устройство и гибкий шланг. Распылительное устройство включает в свой состав мелкодисперсный распылитель жидкости, установленный на длинной трубке, соединенной с управляемым клапаном подачи жидкости под высоким давлением.
Известный огнетушитель позволяет генерировать тонкораспыленные струи огнетушащего вещества, однако такие газокапельные потоки распределяются по периферии основного потока, генерируемого с помощью центральной струйной форсунки. Вследствие этого тонкораспыленные струи огнетушащего вещества не направлены непосредственно на очаг пожара, а используются лишь для создания вспомогательной водяной завесы с целью облегчения работы оператора. Огнетушитель не обеспечивает условия для тушения электрооборудования, находящегося под высоким напряжением, из-за струйной подачи жидкости через центральную форсунку. Кроме того, известный огнетушитель не позволят осуществлять и подачу огнетушащего вещества (воды) к очагу пожара в условиях хранения и эксплуатации при низких температурах.
Наиболее близким аналогом полезной модели является огнетушитель, описанный в патенте на полезную модель RU 43465 (опубликован 27.01.2005, МПК: А62С 13/62, 13/02). Огнетушитель содержит емкость с огнетушащей жидкостью, в качестве которой используются водные раствора химически активных добавок, которые служат для повышения эффективности пожаротушения. В состав огнетушителя входят также: система вытеснения жидкости из емкости, запорно-пусковое устройство и мелкодисперсный распылитель жидкости, выполненный с возможностью генерации направленной тонкораспыленной струи огнетушащего вещества. Выход запорно-пускового устройства соединен с распылителем жидкости через гибкий трубопровод.
Огнетушитель обеспечивает генерацию тонкораспыленной струи огнетушащей жидкости, с помощью которой осуществляется эффективное тушение очагов пожара классов А и В, а также электрооборудования, находящегося под высоким напряжением. Однако эксплуатация огнетушителя без использования специальных дополнительных добавок возможна только при положительных температурах (выше 0°С). Вследствие этого существенно снижается эффективность пожаротушения, поскольку при длительном хранении устройства при отрицательных температурах невозможно генерировать тонкораспыленные струи воды. Дополнительные химические добавки должны обеспечивать, с одной стороны, незамерзание жидкого огнетушащего вещества при хранении и эксплуатации огнетушителя, а с другой - требуемую эффективность тушения очагов пожаров классов А и В.
Полезная модель направлена на совместное решение двух указанных выше технических задач, за счет решения которых достигается новый технический результат, заключающийся в обеспечении возможности эффективного тушения очагов пожаров классов А и В и электрооборудования, находящегося под высоким напряжением, при длительном хранении и эксплуатации огнетушителя в условиях отрицательных температур.
Достижение технического результата осуществляется с помощью огнетушителя, в состав которого входит емкость, заполненная жидким огнетушащим веществом, источник вытесняющего газа, запорно-пусковое устройство, распылитель жидкости, обеспечивающий генерацию тонкораспыленной струи огнетушащего вещества, и трубопровод, например гибкий шланг, соединяющий распылитель жидкости с выходом запорно-пускового устройства. В качестве жидкого огнетушащего вещества используется смесь водного раствора соли, выбранной из следующего ряда веществ: диаммонийфосфат, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид лития, и пленкообразующего пенообразователя. Содержание соли в огнетушащем веществе составляет не менее 10 масс.%. Содержание пленкообразующего пенообразователя в огнетушащем веществе составляет не менее 5 масс.%.
В качестве пленкообразующего пенообразователя могут использоваться различные пенообразователи на основе фторорганических кислот, например: «ПО-6А3F(3%)» (ТУ 24 1279-002-49888 190-98), «Легкая вода», «Sthamex-AFFF» и другие аналогичные пенообразователи.
При использовании перечисленной выше совокупности признаков обеспечиваются условия для эффективного тушения очагов пожаров с помощью тонкораспыленной струи
огнетушащей жидкости при длительном хранении и эксплуатации огнетушителя в условиях отрицательных температур.
Применение в качестве огнетушащей жидкости смеси водного раствора соли, выбранной из ряда веществ: диаммонийфосфат, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид лития, и пленкообразующего пенообразователя в определенных массовых пропорциях позволяет создать условия, при которых исключается возможность замерзания состава при хранении огнетушителя в условиях низких температур и обеспечивается устойчивое пленкообразование на поверхности очага пожара при распылении огнетушащей жидкости в виде тонкораспыленной струи.
В процессе тушения очага пожара высокоскоростные мелкодисперсные капли огнетушащей жидкости, проникая к очагу пожара, оседают на горящей поверхности и образуют водную пленку, покрытую сверху пеноэмульсией. Использование жидкостей выбранного состава обеспечивает устойчивое пленкообразование в условиях эксплуатации при низких температурах (от минус 2°С до минус 60°С).
Образующаяся на горящей поверхности защитная пленка предотвращает испарение паров горючего вещества и поступление окислителя к поверхности очага пожара. Наряду с защитной функцией формируемая пленка способствует охлаждению поверхности очага пожара. В результате протекания указанных процессов происходит гашение пламени и существенно снижается расход жидкости, необходимый для тушения очага возгорания в течение требуемого времени.
Необходимо отметить, что данные процессы, как показали проведенные исследования, протекают при условии соблюдения определенного массового содержания в огнетушащем составе соли и пленкообразующего пенообразователя. Должно соблюдаться следующее соотношение компонентов огнетушащего состава: содержание соли не менее 10 масс.%, содержание пленкообразующего пенообразователя не менее 5 масс.%.
В качестве источника вытесняющего газа в огнетушителе может быть использован сжатый газ, например воздух, заполняющий газовую полость емкости над поверхностью жидкого огнетушащего вещества.
Распылитель жидкости, обеспечивающий генерацию направленной тонкораспыленной струи огнетушащего вещества, может быть снабжен струйно-центробежным завихрителем потока жидкости и выходным соплом.
Распылитель жидкости может быть выполнен с профилированным каналом, включающим входной участок цилиндрической формы и выходной участок в форме
конического диффузора. Входное отверстие выходного участка канала сопряжено в этом варианте выполнения распылителя с выходным отверстием цилиндрического участка.
Далее полезная модель поясняется примерами конкретного выполнения огнетушителя. На прилагаемых чертежах изображено следующее:
на фиг.1 - продольный разрез огнетушителя;
на фиг.2 - пример выполнения распылителя жидкости со струйно-центробежным завихрителем (в увеличенном масштабе);
на фиг.3 - продольный разрез струйно-центробежного завихрителя, входящего в состав распылителя жидкости;
на фиг.4 - поперечный разрез центробежного завихрителя, изображенного на фиг.3,
на фиг.5 - пример выполнения распылителя жидкости с профилированным каналом (в увеличенном масштабе).
Огнетушитель, изображенный на фиг.1, включает в свой состав емкость 1, заполненную огнетушащей жидкостью, в качестве которой использовались следующие составы:
4
2
4
- смесь водного раствора диаммонийфосфата ((NH)HPO) с пленкообразующим пенообразователем ПО-6А3Р(3%) при массовом содержании компонентов 14,2 и 17,1 масс.% соответственно (Состав №1);
2
- смесь водного раствора хлорида магния (MgCl) с пленкообразующим пенообразователем ПО-6А3F(3%) при массовом содержании компонентов 20 и 11,4 масс.% соответственно (Состав №2);
2
- смесь водного раствора хлорида кальция (СаСl) с пленкообразующим пенообразователем ПО-6А3F(3%) при массовом содержании компонентов 29,9 и 10 масс.% соответственно (Состав №3);
- смесь водного раствора хлорида кальция (LiCl) с пленкообразующим пенообразователем ПО-6А3F(3%) при массовом содержании компонентов 29,7 и 14 масс.% соответственно (Состав №4).
Объем заряда огнетушащей жидкости равен 6 л. Общий объем емкости 1, включающий объем жидкостной и газовой полости, составляет 9 л.
Газовая полость емкости 1 заполнена сжатым воздухом при давлении хранения, равном 2 МПа. Система вытеснения жидкости из емкости 1 содержит сифонную трубку 2 и запорно-пусковое устройство 3, герметично соединенное с выходом из сифонной трубки 2 при помощи уплотнительной втулки 4. Запорно-пусковое устройство 3
включает в свой состав упругий элемент, выполненный в виде пружины 5, запорный элемент 6 и управляющий рычаг 7. Выход запорно-пускового устройства 3 соединен с распылителем жидкости 8 через гибкий шланг (трубопровод) 9. Запорно-пусковое устройство 3 закреплено на горловине емкости 1 с помощью накидной гайки 10. На открытом торце сифонной трубки 2 установлен фильтр 11.
Распылитель жидкости 8 в варианте выполнения, изображенном на фиг.2, включает в свой состав корпус 12 с подводящим штуцером 13, который соединяется с гибким шлангом 9. В корпусе 12 при помощи накидной гайки 14 и уплотнительного кольца 15 установлены струйно-центробежный завихритель потока жидкости, выполненный в виде полой цилиндрической вставки 16, и сопло 17.
В рассматриваемом примере осуществления полезной модели канал выходного сопла 17 состоит из последовательно расположенных участков: входного участка 18 коноидальной формы, сужающегося в направлении течения жидкости участка 19 конической формы и выходного цилиндрического участка 20. Полость вставки 16 сообщена с входным участком 18.
Возможны и другие формы выполнения канала сопла 17. Так, например, канал выходного сопла 17 распылителя может включать последовательно расположенные входной участок, сужающийся в направлении течения жидкости, и выходной расширяющийся участок.
Вставка 16, выполняющая функцию струйно-центробежного завихрителя потока жидкости, имеет осевой канал 21, образованный в торцевой стенке, и четыре тангенциально направленных канала 22, которые образованы в боковой стенке (см. фиг.3 и 4). Тангенциально направленные каналы 22 расположены равномерно по окружности. Оси симметрии соседних входных 22 каналов перпендикулярны друг другу (см. фиг.4).
В другом варианте выполнения, изображенном на фиг.5, распылитель жидкости 8 выполняется в виде струйной форсунки с профилированным каналом, который образован во вставке 23, установленной в корпусе 24 распылителя. Вставка 23 зафиксирована в корпусе 24 при помощи накидной гайки 25 и уплотнительного кольца 26. Подводящий штуцер 27 соединен с гибким шлангом 9. Профилированный канал включает входной участок 28 цилиндрической формы и выходной участок 29 в форме конического диффузора. Входное отверстие участка 29 сопряжено с выходным отверстием цилиндрического участка 28. Длина участка 29 превышает диаметр цилиндрического участка 28. Угол при вершине конуса, образующего поверхность конического диффузора участка 29, в рассматриваемом примере выполнения составляет ~35°.
Работа огнетушителя осуществляется следующим образом.
Емкость 1 огнетушителя предварительно заправляется одним из четырех выбранных огнетушащих составов. Заправка огнетушителя жидкостью производится через горловину емкости 1, в которой затем устанавливается запорно-пусковое устройство 3 и закрепляется с помощью накидной гайки 10.
Газовую полость емкости 1 заполняют воздухом до достижения величины давления ~2 МПа. В процессе зарядки огнетушителя сжатым газом запорно-пусковое устройство 3 находится в открытом положении. Воздух под избыточным давлением закачивается в емкость 1 через выходное отверстие запорно-пускового устройства 3. Жидкость под действием давления сжатого газа вытесняется из канала сифонной трубки 2 через фильтр 11. Далее газ, проходя через объем, заполненный жидкостью, вытесняется в газовую полость емкости 1. После заполнения газовой полости до заданного уровня давления хранения запорно-пусковое устройство 3 закрывается, и давление между газом и жидкостью в канале сифонной трубки 2 выравнивается.
Генерация направленной тонкораспыленной струи огнетушащей жидкости заданного состава осуществляется при нажатии оператором на рычаг 7. Под действием прикладываемого усилия происходит отжатие запорного элемента 6 и открытие проходного канала запорно-пускового устройства 3. Жидкость, вытесняемая из емкости 1 сжатым газом, поступает через фильтр 11 в канал сифонной трубки 2. Проходя через мелкоячеистую структуру фильтра 11, жидкость очищается от твердых включений, которые образуются при длительном хранении огнетушителя. Очищенный поток жидкости из канала сифонной трубки 2 поступает через открытое запорно-пусковое устройство 3 и гибкий шланг 9 в распылитель жидкости 8.
В полости вставки 16, выполняющей функцию струйно-центробежного завихрителя жидкости, происходит формирование вихря, который закручивает струю жидкости, истекающую из осевого канала 21. Закрученный поток жидкости в полости вставки 16 образуется за счет смешения струй, истекающих из тангенциально направленных каналов 22. Угловая скорость закрученного потока жидкости определяет величину угла распыла генерируемого газокапельного потока.
Сформированный в струйно-центробежном завихрителе закрученный поток жидкости поступает во входное отверстие профилированного канала сопла 17. При прохождении сужающихся участков 18 и 19 канала сопла 17 формируется ускоренный поток жидкости. Интенсивное образование кавитационных пузырьков в закрученном потоке жидкости происходит в выходном цилиндрическом участке 20. На выходе из
сопла 17 генерируется однородная по размеру капель тонкораспыленная струя огнетушащей жидкости с углом распыла ~20° и средним арифметическим размером капель ~140 мкм. Дальность подачи тонкораспыленной струи огнетушащей жидкости в заданном направлении (на очаг пожара) при проведении испытаний составила 9 м.
Прекращение подачи огнетушащей жидкости на очаг пожара производится путем снятия управляющего усилия с рычага 7. Запорный элемент 6 перемещается под действием силы упругости пружины 5 в верхнее положение и перекрывает проходное отверстие проточного канала запорно-пускового устройства 3.
Аналогичным образом осуществляется работа огнетушителя, снабженного распылителем жидкости, конструкция которого показана на фиг.5. При нажатии на рычаг 7 огнетушащая жидкость под давлением 2МПа подается через гибкий шланг 9 в распылитель жидкости 8. При протекании жидкости через цилиндрический входной участок 28 профилированного канала происходит увеличение динамической составляющей давления в потоке жидкости. На выходе из входного участка 28 статическое давление жидкости снижается до значений, меньших величины давления насыщенных паров огнетушащей жидкости. В результате реализации указанных условий в потоке жидкости возникают и растут центры кавитации. В процессе дальнейшего движения жидкости в расширяющемся выходном участке 29 профилированного канала происходит формирование направленной тонкораспыленной струи жидкости.
В полости конического диффузора выходного участка 29 происходит образование крупномасштабных вихрей под действием эжектируемого из внешней атмосферы воздуха. Образующиеся вихри раскачивают струю жидкости, насыщенную паром и воздухом. При выходе струи огнетушащей жидкости из профилированного канала распылителя происходит схлопывание газовых образований в потоке жидкости и образуется направленный мелкодисперсный газокапельный поток, обладающий высокой дальнобойностью - до 10 м. Средний арифметический диаметр капель спектра распыления, создаваемого с помощью распылителя жидкости в рассматриваемом варианте выполнения, составил 120 мкм.
В результате проведенных испытаний огнетушителя была подтверждена возможность генерации высокоскоростной направленной тонкораспыленной струи огнетушащей жидкости с углом распыла в диапазоне от 15° до 25°. Средний арифметический диаметр капель распыления составлял не более 150 мкм. При данных оптимальных параметрах газокапельного потока осуществлялось равномерное
осаждение капель выбранного огнетушащего состава на горящую поверхность очага пожара.
-8
Использование для тушения очагов пожара классов А и В тонкораспыленной жидкости заданного состава позволяет осуществлять пожаротушение электрооборудования, находящегося под высоким напряжением (более 1000 В). Данный эффект достигается за счет высокого электрического сопротивления направленного мелкодисперсного газокапельного потока огнетушащей жидкости выбранного химического состава. Генерация тонкораспыленной струи огнетушащего вещества осуществляется с помощью распылителя жидкости 8. В ходе проведенных испытаний величина электрической проводимости тонкораспыленной струи на расстоянии 1 м от среза выходного канала распылителя 8 составила 1.4·10 См.
Мелкодисперсные капли огнетушащей жидкости образуют на поверхности очага пожара водную пленку с пеноэмульсией. При использовании огнетушащих составов, представляющих собой смесь выбранной соли и пленкообразующего пенообразователя в заданных пропорциях, обеспечивается устойчивое пленкообразование в условиях хранении и эксплуатации огнетушителя при отрицательных температурах.
Тушение очага пожара происходит за счет образования защитной пленки, которая предотвращает испарение паров горючего вещества и поступление окислителя к поверхности очага пожара. Кроме того, защитная пленка обеспечивает охлаждение поверхности горящего вещества. Благодаря этому происходит эффективное гашение пламени и тушение очагов пожара классов А и В в течение требуемых нормативов времени.
2
2
При использовании состава №1, имеющего температуру замерзания минус 2°С, с помощью огнетушителя был потушен модельный очаг пожара 6А класса А, площадь свободной поверхности которого составляет 27,7 м (в соответствии с ГОСТ Р 51057-2001. Техника пожарная. Огнетушители переносные. Общие технические требования. Методы испытаний). После повторной заправки огнетушителя зарядом состава №1 был потушен модельный очаг пожара 183 В класса В с площадью очага 5,75 м.
В ходе проведенных испытаний при заправке огнетушителя составом №2 были получены следующие результаты. Температура замерзания состава №2 составила минус 30°С. С помощью огнетушителя, заправленного зарядом состава №2, был потушен модельный очаг пожара 6А класса А. После повторной заправки огнетушителя зарядом состава №2 был потушен модельный очаг пожара 183В класса В.
2
В ходе проведенных испытаний при заправке огнетушителя составом №3 были получены следующие результаты. Температура замерзания состава №3 составила минус 50°С. С помощью огнетушителя, заправленного зарядом состава №3, был потушен модельный очаг пожара 4А класса А с площадью свободной поверхности 18,7 м. После повторной заправки огнетушителя зарядом состава №3 был потушен модельный очаг пожара 183В класса В.
2
В ходе проведенных испытаний при заправке огнетушителя составом №4 были получены следующие результаты. Температура замерзания состава №4 составила минус 60°С. С помощью огнетушителя, заправленного зарядом состава №4, был потушен модельный очаг пожара 4А класса А с площадью свободной поверхности 18,7 м. После повторной заправки огнетушителя зарядом состава №4 был потушен модельный очаг пожара 183В класса В.
Были проведены также сравнительные испытания огнетушителей, заправленных зарядами составов, аналогичных составам №№1-4, за исключением массового содержания компонентов (соли и пленкообразующего пенообразователя). Содержание компонентов в каждом огнетушащем составе выбиралось в следующих пропорциях: содержание соли - 9 масс.%, содержание пленкообразующего пенообразователя - 4 масс.%.
При указанных пропорциях компонентов огнетушащего состава, которые не соответствуют заданным пропорциям, происходит существенное повышение температуры замерзания составов: до 0°С для состава, аналогичного составу №1, до минус 15°С для состава, аналогичного составу №2, до минус 25°С для состава, аналогичного составу №3, и до минус 35°С для состава, аналогичного составу №4. В результате повышения температуры замерзания значительно ограничивается температурный диапазон хранения и эксплуатации огнетушителя.
Кроме того, при нарушении заданного содержания компонентов огнетушащего вещества существенно снижается эффективность тушения очагов пожаров с помощью огнетушителя. Тушение модельных очагов пожаров приобретает нестабильный характер: заданные нормативы тушения модельных очагов пожаров, согласно ГОСТ Р 51057-2001, обеспечивались лишь в одном случае из трех проведенных огневых испытаний в каждой серии испытаний.
С помощью огнетушителя, заправленного зарядом состава, аналогичного составу №1, были успешно потушены (в одном случае из трех проведенных испытаний)
2
2
модельные очаги пожаров 3А класса А (площадь свободной поверхности очага - 2,8 м) и 144 В класса В (площадь очага - 4,5 м).
2
При использовании состава, аналогичного составу №2, были потушены (в одном случае из трех проведенных испытаний) модельные очаги пожаров 3А класса А и 113В класса В (площадь очага 4,5 м).
2
В случае зарядки огнетушителя составами, аналогичными составам №№3 и 4, были потушены (по одному успешному испытанию для каждой серии из трех проведенных испытаний) модельные очаги пожаров 2А класса А (площадь свободной поверхности очага - 2,0 м) и 113В класса В.
Таким образом, нарушение заданного соотношения компонентов (выбранной соли и пленкообразующего пенообразователя) в огнетушащем составе приводит к существенному снижению эффективности и нестабильности тушения очагов пожара. Кроме того, исключается возможность хранения и эксплуатации огнетушителя в широком диапазоне отрицательных температур.
Полученные результаты испытаний свидетельствуют о возможности достижения при использовании огнетушителя технического результата, заключающегося в обеспечении возможности эффективного тушения очагов пожаров классов А и В (не ниже рейтинга модельных очагов пожаров 4А класса А и 183В класса В) и электрооборудования, находящегося под высоким напряжением (более 1000 В), при длительном хранении и эксплуатации огнетушителя в условиях отрицательных температур (не выше минус 2°С). Данный результат достигается при использовании огнетушителя, заправленного зарядом жидкого огнетушащего вещества, представляющего собой смесь водного раствора выбранной соли и пленкообразующего пенообразователя при заданном массовом содержании компонентов.