ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ
FIRE EXTINGUISHING AEROSOL GENERATOR

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к генераторам огнетушащего аэрозоля, действие которых основано на использовании в качестве ингибиторов горения высокодисперсных твердых частиц - аэрозоля, образующегося при горении пиротехнической композиции и выделяющегося в защищаемый объем.
Из уровня техники известны генераторы огнетушащего аэрозоля (ГОА), конструкции которых реализуют охлаждение продуктов сгорания аэрозолеобразующего состава различными способами, а именно: контактное охлаждение (патент РФ №2481872, опубл. 20.05.2013 г.), лабиринтное (патент РФ №2483770, опубл. 10.06.2013 г.), воздушное (патент РФ №2545850, опубл. 10.04.2015 г.), контактно-эжекторное (патент РФ №2471522, опубл. 10.01.2013 г.), эжекторное охлаждение (патент РФ №2201779, опубл. 10.04.2003 г., патент РФ №2205673, опубл. 10.06.2003 г.).
Общим недостатком ГОА, реализующих контактное или лабиринтное охлаждение, являются физические потери генерируемого аэрозоля, вызванные предварительным его охлаждением в корпусе генератора, создающим условия ускоренного перехода соединений металлов из газо- и парообразного состояния в твердое и оседание конденсированных частиц с последующей их агломерацией в более крупные соединения на контактных поверхностях фильтра, лабиринтных каналов и т.п. В результате снижается количество мелкодисперсных частиц в огнетушащем аэрозоле, поступающих в зону горения, т.е. уменьшается огнетушащая способность ГОА, а образовавшиеся наросты крупных соединений частиц забивают каналы проходных сечений тракта движения аэрозоля, что приводит к несанкционированному увеличению давления в корпусе генератора.
Потери огнетушащего аэрозоля у ГОА с воздушным или эжекторным охлаждением значительно меньше. Однако несмотря на охлаждающее воздействие контактируемого с аэрозольной струей воздуха из-за прямолинейного поступления высокотемпературного огнетушащего аэрозоля в защищаемую зону и отсутствия каких-либо конструктивных элементов очистки вместе с мелкодисперсными частицами огнетушащего аэрозоля в защищаемую зону поступают раскаленные конденсированные шлаки и прочие механические примеси от несгораемых остатков теплозащитного покрытия, шашки аэрозолеобразующего состава и т.п., способные прямым воздействием воспламенить горючие материалы, что характеризует генераторы данного типа крупными размерами высокотемпературных зон.
Из уровня техники известен принятый за прототип ГОА по патенту РФ №2140310 (опубл. 27.10.1999 г.), содержащий соосно закрепленные, связанные между собой корпус, снабженный шашкой аэрозолеобразующего состава, установленной внутри него с гарантированным зазором, заполненным теплоизолирующей прослойкой, закрытый крышкой с воспламенителем и распределенными по окружности сквозными отверстиями, и цилиндр охлаждения большего диаметра, частично перекрывающий корпус с образованием кольцевого эжекционного зазора.
Прототип реализует недостаточное охлаждение воздухом, эжектируемым через кольцевой зазор между корпусом и цилиндром, высокотемпературных аэрозольных струй при их движении после выхода из отверстий в крышке ГОА, параллельном стенкам корпуса. Как следствие, размеры высокотемпературных зон за пределами ГОА будут существенными. Уменьшение высокотемпературных зон можно обеспечить только значительным увеличением габаритных размеров известного генератора, что экономически нецелесообразно.
Раскаленные конденсированные шлаки и прочие механические примеси в виде несгораемых остатков от теплозащитного покрытия, шашки аэрозолеобразующего состава и т.п. беспрепятственно поступают вместе с мелкодисперсными частицами огнетушащего аэрозоля в защищаемую зону, тем самым увеличивая размеры пожароопасных зон за счет воспламенения прямым контактом горючих материалов, расположенных за пределами зоны их возможного воспламенения от струи огнетущащего аэрозоля. Кроме того, собственно огнетущащий аэрозоль недостаточно «чистый», следовательно, вероятность сохранения целостности не затронутого огнем оборудования при контакте с различного рода примесями, содержащимися в огнетушащем аэрозоле, понижается.
К недостаткам прототипа следует отнести использование для теплоизоляции корпуса строительного гипса, содержащего значительное количество воды, которая, как отмечают авторы изобретения по прототипу, способствует охлаждению продуктов сгорания. При формировании гипсовой теплозащитной прослойки часть воды находится не в виде кристаллогидратов, а в свободном состоянии и при испарении создает внутри объема генератора влажность, близкую к 100%, что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках шашки аэрозолеобразующего состава и генератора в целом и приводит к заметному снижению гарантийных сроков хранения ГОА. Во избежание этого требуются специальные меры по герметизации аэрозолеобразующей шашки, что усложняет конструкцию изделия.
При этом следует отметить, что в силу своей неэластичности гипс не может компенсировать воздействие вибрации на шашку аэрозолеобразующего состава, что может повлечь ее разрушение при воздействии на ГОА транспортных нагрузок или при использовании ГОА в местностях повышенной сейсмической активности.
То есть, известная конструкция обладает пониженными характеристиками надежности при хранении и эксплуатации, и, следовательно эксплуатационными возможностями.
Задачей настоящего технического решения является создание компактного генератора огнетушащего аэрозоля, позволяющего повысить эффективность пожаротушения за счет существенного уменьшения высокотемпературных и пожароопасных зон путем создания условий по обеспечению криволинейной формы траектории движения пожаротушащего аэрозоля в пределах внутреннего объема генератора при одновременном повышении прочностных параметров генератора в период его хранения и при более жестких режимах эксплуатации (транспортные нагрузки, сейсмичность).
Поставленная задача решается предлагаемым генератором огнетушащего аэрозоля, содержащим соосно закрепленные, связанные между собой корпус, снабженный шашкой аэрозолеобразующего состава, установленной внутри него с гарантированным зазором, заполненным теплоизолирующей прослойкой, закрытый крышкой с воспламенителем и распределенными по окружности сквозными отверстиями, и цилиндр охлаждения большего диаметра, частично перекрывающий корпус с образованием кольцевого эжекционного зазора. Особенность заключается в том, что свободный объем корпуса между шашкой и крышкой представляет собой камеру сгорания, теплоизолирующая прослойка выполнена из термостойкого эластичного материала, канал, соединяющий входное и выходное сечение каждого сквозного отверстия, выполнен с наклоном к внутренней поверхности цилиндра охлаждения таким образом, что его ось симметрии является касательной к условной окружности, по которой распределены центры входных сечений сквозных отверстий, при этом во внутреннем объеме цилиндра охлаждения на корпусе воспламенителя жестко закреплен завихритель в виде диска с трапециевидными лопастями, выполненными с ним за одно целое, причем плоскость каждой из них размещена под углом к оси диска, а количество лопастей соответствует количеству сквозных отверстий в крышке.
В частности, направление наклона канала каждого сквозного отверстия совпадает с направлением наклона соответствующей ему лопасти.
В частности, угол наклона канала каждого из сквозных отверстий и угол наклона каждой лопасти завихрителя составляет 30-60°.
В частности, отношение диаметра каждого сквозного отверстия к толщине крышки составляет 1-2.
В частности, на выходе из цилиндра охлаждения установлено стопорное кольцо, площадь проходного сечения которого больше или равна площади проходного сечения кольцевого эжекционного зазора между корпусом и цилиндром охлаждения.
В частности, в качестве термостойкого эластичного материала используют термостойкий силиконовый компаунд или автомобильный силиконовый герметик.
Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый ГОА отличается от ближайшего аналога выполнением теплоизолирующей прослойки из термостойкого эластичного материала (в прототипе - из строительного гипса, содержащего в своем составе значительное количество воды); выполнением канала каждого из сквозных отверстий с наклоном (в прототипе - без наклона); наличием камеры сгорания (в прототипе объем корпуса между шашкой и крышкой занимает ресивер, в функции которого входит предварительное охлаждение аэрозоля); наличием завихрителя; наличием стопорного кольца.
Именно совокупность отличительных от прототипа признаков заявляемого решения с остальными существенными признаками позволила достичь вышеуказанный технический результат, который невозможно получить при реализации прототипа, и решить поставленную задачу.
Предлагаемый ГОА иллюстрируется графическими изображениями:
Фиг. 1 - продольный разрез генератора огнетушащего аэрозоля;
Фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
Фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.2;
Фиг. 4 - фотография завихрителя.
Генератор огнетушащего аэрозоля содержит соосно закрепленные, связанные между собой корпус 1 и цилиндр охлаждения 2 большего диаметра, частично перекрывающий корпус 1 с образованием кольцевого эжекционного зазора 3. В корпусе 1 установлена шашка 4 аэрозолеобразующего состава с гарантированным зазором, заполненным теплоизолирующей прослойкой 5. Прослойка 5 выполнена из термостойкого эластичного материала, например из термостойкого силиконового компаунда (ТУ 2513-267-40245042-2010, производитель ООО «КС»; ТУ 2257-007-33680530-2004, производитель ЗАО «ЭЛОКС-ПРОМ»), или автомобильного силиконового герметика (ТУ 2384-031-05666764-96, производитель Казанский завод синтетического каучука). Корпус 1 со стороны цилиндра охлаждения 2 закрыт крышкой 6 с воспламенителем 7 и распределенными по условной окружности 8 сквозными отверстиями 9. Канал, соединяющий входное и выходное сечение каждого сквозного отверстия 9, выполнен с наклоном к внутренней поверхности цилиндра охлаждения 2 таким образом, что его ось симметрии 10 является касательной к условной окружности 8, по которой распределены центры входных сечений сквозных отверстий 9. Свободный объем корпуса 1 между шашкой 4 и крышкой 6 представляет собой камеру сгорания 11. Во внутреннем объеме цилиндра охлаждения 2 на корпусе воспламенителя 7 жестко закреплен завихритель 12 в виде диска с трапециевидными лопастями, выполненными с ним за одно целое. Причем плоскость каждой лопасти размещена под углом к оси диска, а количество лопастей соответствует количеству сквозных отверстий 9 в крышке 6. В частных случаях, зависящих от аэрозолеобразующего состава шашки 4, на выходе из цилиндра охлаждения 2 устанавливают стопорное кольцо 13, площадь проходного сечения которого больше или равна площади проходного сечения кольцевого эжекционного зазора 3 между корпусом 1 и цилиндром охлаждения 2. Для крепления к несущей поверхности ГОА снабжают кронштейном 14.
Теплоизолирующая прослойка, выполненная из термостойкого эластичного материала, положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках шашки аэрозолеобразующего состава и генератора в целом и приводит к заметному увеличению гарантийных сроков хранения ГОА, а также позволяет компенсировать воздействие вибрации на шашку аэрозолеобразующего состава, предотвратить ее разрушение при воздействии на ГОА транспортных нагрузок или при использовании ГОА в местностях повышенной сейсмической активности.
Предпочтительно выдерживать отношение диаметра каждого сквозного отверстия 9 к толщине крышки 6 на уровне 1-2. При отношении менее 1 создается концентрированная высокотемпературная струя огнетушащего аэрозоля, практически прожигающая стенку цилиндра охлаждения 2, а раскаленные конденсированные шлаки и прочие механические примеси создают на поверхности стенки цилиндра 2 крупные агломераты, которые под воздействием воздушно-аэрозольного потока достаточно быстро выносятся за пределы цилиндра 2 и попадают в защищаемую зону, увеличивая размеры высокотемпературных и пожароопасных зон. При отношении диаметра каждого сквозного отверстия 9 к толщине крышки 6 более 2 невозможно сформировать направление движения аэрозоля в сторону стенки цилиндра охлаждения 2.
Предлагаемый генератор огнетушащего аэрозоля работает следующим образом. После подачи электрического импульса на выводы воспламенителя 7 под действием теплового импульса иницииируется шашка 4 аэрозолеобразующего состава. При сгорании шашки 4 в камере сгорания 11 происходит формирование огнетушащего аэрозоля, который через выходные сечения отверстий 9 в крышке 6 в виде распыленных струй 15 (фиг. 3) выходит в цилиндр охлаждения 2 под наклоном к его стенке. Полный отгиб аэрозольных струй 15 к стенке цилиндра охлаждения 2 происходит после их контакта с отогнутыми лопастями неподвижного завихрителя 12. В цилиндре охлаждения 2 аэрозоль перемешивается с воздухом, эжектируемым из защищаемого объема через зазор 3, и интенсивно охлаждается. Раскаленные конденсированные шлаки и прочие механические примеси размытыми пятнами небольшой толщины осаждаются на стенке цилиндра охлаждения 2, посредством потока воздуха и теплоотдачи в стенку цилиндра 2 интенсивно охлаждаются, переходят из расплавленного состояния в твердое и в виде налипших частиц остаются на стенке цилиндра 2. Часть конденсированных частиц, продолжающих свое движение по стенке цилиндра 2 по винтовой линии, тормозятся стопорным кольцом 13. В результате в защищаемую зону поступает чистый, свободный от раскаленных примесей аэрозоль, позволяющий максимально уменьшить размеры высокотемпературных и пожароопасных зон. Аэрозоль, вырабатываемый заявляемой конструкцией генератора, не портит оборудование, так как остатки аэрозоля после пожаротушения оседают на оборудовании в виде легко удаляемого порошка.
Проведенные испытания показали, что заявляемый ГОА, снаряженный шашкой массой 0,35 кг, имеет следующие основные показатели:
- время выпуска огнетушащего аэрозоля - 20 с;
- размеры зон, образующихся при работе ГОА, с температурой больше:
а) 75°С - 0,95 м;
б) 150°С - 0,2 м;
в) 200°С - отсутствуют;
- размеры зон пожароопасности для горючих веществ по классам А, В:
а) от струи огнетушащего аэрозоля - 0,17 м;
б) от корпуса ГОА - отсутствуют;
3
- огнетушащая способность ГОА при тушении пожаров классов А, В и Е-0,02 кг/м;
3
- огнетушащая эффективность используемого аэрозолеобразующего состава - 0,018 кг/м;
3
максимальный защищаемый объем условно герметичного помещения - 17,5 м;
- гарантийный срок хранения ГОА - 12 лет.
Генератор огнетушащего аэрозоля заявляемой конструкции был подвергнут виброиспытаниям в условиях жесткого крепления к подвижной плите виброустановки при следующем режиме: перегрузка - 5g; частота - 46 Гц; амплитуда - 0,6 мм; время испытания - 16 ч, что соответствует имитации транспортирования автомобильным транспортом на расстояние 16 тыс.км. Испытания после воздействия вибронагрузок подтвердили работоспособность ГОА.
Таким образом, предлагаемый генератор огнетушащего аэрозоля практически реализуем, позволяет удовлетворить давно существующую потребность в решении поставленной задачи.