ГЕНЕРАТОР ОГНЕТУШАЩЕГО АЭРОЗОЛЯ
GENERATOR OF FIRE EXTINGUISHING AEROSOL

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности к устройствам, генерирующим аэрозольную смесь ингибиторов горения, и предназначено для объемного тушения пожара при вбрасывании в очаг возгорания или при стационарной установке в замкнутых объемах.
Из уровня техники в данной области известны генераторы огнетушащего аэрозоля (ГОА) как забрасываемые в очаг возгорания (оперативное применение), так и установленные стационарно в защищаемом объеме, например патенты РФ №№ 2403930, 2256474, 2237503 и др.
Некоторые из известных ГОА функционально могут быть или забрасываемыми, или стационарными.
Известен «Генератор огнетушащего аэрозоля» (патент РФ №34383, кл. A62C 3/00, опубл. 2003 г.), содержащий корпус, составленный из двух встречно скрепленных емкостей тарельчатой формы с зазором между их отбортовками, образующими выходное сопло, где помещена пенопластовая прокладка, пиротехнические заряды, закрепленные в обеих емкостях корпуса через теплозащитную прослойку из строительного гипса, узел инициирования, выполненный в виде залитого клеящим воспламенительным составом резистора и установленного осесимметрично между пиротехническими шашками, смонтированными заподлицо с торцами теплозащитных прослоек, а клеящий воспламенительный состав выполнен, преимущественно, из смеси эпоксидной смолы и калиевой селитры в массовом соотношении 2:3.
3
К причинам, затрудняющим использование известного устройства, относится недостаточная огнетушащая эффективность (45 г/м), высокая температура аэрозольной струи на расстояниях свыше 0,3 м от выходного отверстия генератора, а также использование строительного гипса в качестве теплозащитного материала корпуса.
Перед установкой заряда в корпус изделия заливается раствор гипса в воде. Затем в полужидкий гипс вдавливается заряд. Вода из незатвердевшего раствора может впитаться в заряд аэрозолеобразующего состава и вымыть из него химические компоненты. В результате изделие может либо потерять свою огнетушащую эффективность, либо не запуститься совсем. Следовательно, необходимо вводить какую-либо защиту заряда аэрозолеобразующего состава от влаги, что усложняет технологию изготовления и увеличивает потребительскую стоимость. Кроме того, при изменениях температуры, ввиду жесткости гипса после его отверждения, существует опасность возникновения зазора между гипсом и зарядом и проникновения в этот зазор пламени, что может привести к резкому росту давления в изделии и разрыву его корпуса. Таким образом, применение водного раствора гипса снижает надежность изделия.
С течением времени гипс теряет свою прочность, становится хрупким. При воздействии на изделие сильных ударных или вибрационных нагрузок, а также при изменениях температуры в гипсе образуются трещины или сколы, нарушается бронировка заряда по боковой поверхности, что также приводит к нештатной работе изделия.
Известно «Метательное огнетушащее устройство» (патент РФ №2164809, кл. A62C 19/00, опубл. 2001 г.), включающее корпус, выполненный из двух встречно скрепленных емкостей тарельчатой формы с зазором между их отбортовками, образующими кольцевое выходное сопло, соосно которому под скобой-рукояткой смонтирован узел воспламенения, пиротехнический заряд выполнен из двух частей, каждая из которых закреплена в несущей теплозащитной прослойке в емкости тарельчатой формы, при этом свободный торец заряда расположен ниже отбортовки, а несущие теплозащитные прослойки выполнены из строительного гипса.
3
К причинам, затрудняющим использование известного устройства, относится недостаточная огнетушащая эффективность (45 г/м), высокая температура аэрозольной струи на расстояниях 0,7 м и дальше от выходного отверстия генератора, а также использование гипса.
По совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату наиболее близким техническим решением к заявленному является изобретение по патенту №2164809, которое и выбрано в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка ГОА, обеспечивающего более высокую огнетушащую эффективность при снижении зональной температуры аэрозольной струи.
При использовании предлагаемого устройства обеспечивается достижение следующего технического результата:
3
- огнетушащая эффективность генератора составляет величину, не превышающую 28 г/м, за счет формирования между отбортовками равномерно расположенных радиальных трубчатых сопел и определенного соотношения (К) между суммарной площадью горения поверхностей зарядов и суммарной площадью сечения трубчатых сопел;
- снижение зональной температуры аэрозольной струи на расстоянии свыше 0,3 м от выходного отверстия генератора (радиального трубчатого сопла) обеспечивается определенным диаметром сопловых отверстий и при одновременном использовании всей совокупности признаков;
- дополнительное обеспечение надежности в работе генератора за счет совокупности конструктивных признаков и использования эластичного компаунда вместо строительного гипса.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий корпус, выполненный из двух встречно скрепленных полукорпусов чашеобразной формы с образованием между их отбортовками зазора, обеспечивающего возможность выхода аэрозольной смеси, в зазоре установлен узел запуска, в каждом полукорпусе размещен пиротехнический заряд, закрепленный на стенках соответствующего полукорпуса посредством несущей теплоизоляционной прослойки с образованием свободного объема между торцевыми поверхностями зарядов, отличающийся тем, что зазор между отбортовками сформирован в виде равномерно расположенных радиальных трубчатых сопел диаметром от 5 до 8 мм, при соотношении суммарной площади горения торцевых поверхностей зарядов к суммарной площади сечения трубчатых сопел - в пределах 65-90, а между соплами обеспечивают плотное прилегание отбортовок друг к другу посредством крепежных элементов.
Для удобства использования генератор может быть дополнительно снабжен скобой-рукоятью (забрасываемый вариант) или кронштейном (стационарный вариант).
Наиболее удобным и безопасным забрасываемый генератор будет при установлении скобы-рукояти в месте расположения узла запуска, в качестве которого могут быть использованы устройства ручного пуска терочного или ударного типа.
Для стационарного варианта оптимальным является выполнение кронштейна в виде трапеции с возможностью крепления малым основанием трапеции к плоскости полукорпуса, а в качестве узла запуска предпочтительно использовать электрический пускатель.
Использование в качестве теплоизоляционной прослойки компаунда на основе двухкомпонентного кремнийорганического каучука с наполнителем обеспечивает дополнительную надежность работы генератора, поскольку в технологическом процессе сборки не используется вода, эластичный компаунд дает прочное соединение с пиротехническим зарядом, не растрескивается при вибрационных нагрузках или при длительном хранении, а наполнитель на основе карбонатов кальция и/или магния только способствует сохранению конструктивной целостности и дополнительному охлаждению продуктов сгорания.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом.
На фиг.1 представлен генератор огнетушащего аэрозоля (ГОА) в разрезе, а на фиг.2 - вид сверху.
ГОА включает: корпус (1), выполненный из двух полукорпусов (1) чашеобразной формы, встречно скрепленных между собой через отбортовки (2). Между отбортовками (2) сформирован зазор (3), в виде радиальных трубчатых сопел, обеспечивающих возможность выхода аэрозольной смеси, в одном из радиальных сопел (3) установлен узел запуска (4), в каждом полукорпусе (1) размещен пиротехнический заряд (5), закрепленный на стенках полукорпуса (1) посредством несущей теплоизоляционной прослойки (6) с образованием свободного объема (7) между торцевыми поверхностями зарядов (5). При этом радиально расположенные трубчатые сопла (3) выполнены диаметром от 5 до 8 мм, а отношение суммарной площади горения торцевых поверхностей зарядов (5) к суммарной площади сечения трубчатых сопел (3) соблюдается в пределах 65-90. Полукорпуса (1) между собой жестко соединены отбортовками (2) посредством крепежных элементов (8) с плотным контактом поверхностей отбортовок (2) в промежутках между соплами (3).
Генераторы оперативного применения снабжаются скобой-рукоятью (9), установленной около узла запуска (4). В качестве узла запуска (4) используют устройство ручного пуска терочного или ударного типа. Для стационарного варианта вместо скобы-рукояти на ГОА устанавливают кронштейн (на чертеже не показан) в форме трапеции, а в качестве узла запуска применяют электрический пускатель.
В качестве несущей теплоизоляционной прослойки (6) использован компаунд на основе двухкомпонентного кремнийорганического каучука с наполнителем на основе карбонатов кальция и/или магния.
Предлагаемый ГОА при его оперативном использовании работает следующим образом:
Скоба-рукоять (9) на корпусе (1) используется для переноски генератора и выполнения заброса его в защищаемое помещение. При ликвидации пожара оператор ГОА (пожарный) должен вручную привести в действие узел запуска (4), забросить генератор внутрь защищаемого помещения через дверь, окно, или иной проем, которые затем необходимо закрыть.
Устройство ручного пуска, которое применяется в качестве узла запуска (4), имеет средство задержки инициирования пиротехнических зарядов (5) длительностью, необходимой для выполнения заброса ГОА в защищаемое помещение. После окончания задержки тепловой импульс от узла пуска (4) воспламеняет пиротехнические заряды (3), которые начинают стабильно и равномерно гореть по торцам. Аэрозоль, образуемый при сгорании пиротехнических зарядов (5), с большой интенсивностью выходит из радиальных трубчатых сопел (3), расположенных равномерно по окружности генератора, что приводит к эффективному заполнению защищаемого помещения аэрозолем, обеспечивая надежную ликвидацию очагов пожара.
Использование в качестве несущей теплоизоляционной прослойки (6) компаунда на основе двухкомпонентного кремнийорганического каучука с наполнителем на основе карбонатов кальция и/или магния, обеспечивает достижение следующих преимуществ по сравнению с используемым в аналогах строительным гипсом:
- При полимеризации двухкомпонентного кремнийорганического каучука не используется и не выделяется вода, которая может вымыть какие-либо химические компоненты из пиротехнического заряда (5).
- После полимеризации двухкомпонентного кремнийорганического каучука с наполнителем теплоизоляционная прослойка (6) обладает эластичностью, пиротехнический заряд (5) очень хорошо защищен от ударных и вибрационных воздействий.
- Обеспечивается надежная бронировка боковой поверхности пиротехнического заряда (5).
- Обеспечивается эффективная теплозащита стенки корпуса (1) во время работы изделия.
Хорошая адгезия теплоизоляционной прослойки (6) как к пиротехническому заряду (3), так и к металлической стенке корпуса (1) позволяет очень надежно закрепить пиротехнический заряд (3) внутри генератора, что является важнейшим фактором для ГОА оперативного применения.
В работе предлагаемого ГОА при его стационарном использовании будут следующие изменения:
Вместо скобы-рукояти (9) используется кронштейн (на чертеже не показан), с помощью которого генератор крепится к стенам, потолку или иным поверхностям внутри защищаемого помещения. Также в качестве узла запуска (4) используется электрический пускатель.
В конфигурации для стационарного использования предлагаемый ГОА выполняет роль исполнительного органа автоматической системы пожаротушения и приводится в действие при подаче электрического сигнала от системы управления на узел запуска (4).
Во всех испытаниях в качестве теплоизоляционной прослойки использовался кремний-органический двухкомпонентный компаунд "Виксинт ПК-68" марка А: ТУ 38.103508-81, перемешанный с мраморной крошкой в примерном соотношении 1 : 3. Использовалась мраморная крошка преимущественно с размером частиц не более 1,5 мм.
Изготовление ГОА представляет собой следующий процесс. Полукорпуса (1) с отбортовкой (2), из которых состоит корпус (1), изготавливаются методом штамповки. На отбортовке (2) каждого полукорпуса равномерно формируют выемки в количестве, равном количеству сопловых отверстий (3) плюс одна выемка для установки втулки под узел запуска (4). Выемки в отбортовках (2), которые после сборки ГОА образуют трубчатые сопла (3), также изготавливаются штамповкой. К одному из полукорпусов (1) приваривается либо скоба-рукоять (9) (при использовании ГОА в качестве оперативного), либо шпильки для крепления кронштейна (для стационарного исполнения). В каждый из полукорпусов (1) укладывается пиротехнический заряд (5). В отдельной таре замешивается необходимое количество виксинта с мраморной крошкой. Производится заливка полученной смеси в зазор между внутренней поверхностью полукорпусов (1) и пиротехническим зарядом (5) до верхнего торца заряда. После полимеризации данная смесь представляет собой теплоизоляционную прослойку (6), также она закрепляет заряд (5) внутри полукорпуса (1) чашеобразной формы. Между полукорпусами (1) устанавливается втулка для вворачивания узла запуска (4). Заполненные полукорпуса (1) чашеобразной формы соединяются отбортовками (2) с выемками, совмещение которых формирует сопловые отверстия (3). Поверхности отбортовок (2) между соплами (3) плотно прилегают друг к другу путем соединения между собой крепежными элементами болтового или заклепочного типа (7).
Все изготовленные ГОА были испытаны для выявления достигаемых технических результатов и сравнения их с прототипом. В таблице 1 приведены основные конструктивные параметры генераторов, подвергавшихся испытаниям. В таблице 2 приведены результаты испытаний генераторов, соответствующих таблице 1.
Для выбора диаметра сопловых отверстий и параметра К были проведены испытания предлагаемой конструкции с различными диаметрами сопел и параметра К (в таблице 1 представлены примеры с размером сопел от 4 до 9 мм и параметра К от 63 до 91).
Результаты измерения зональной температуры в струе на расстоянии 0.3 и 0.7 м от выходного сопла генератора приведены в таблице 2. Видно, что с увеличением диаметра сопел больше 8 мм зональные температуры в струе возрастают, при этом в наибольшей степени увеличивается уровень температуры в зонах вблизи генератора.
При уменьшении диаметра радиального сопла меньше 5 мм наблюдается опасная деформация корпуса, приводящая к его разрушению.
Рассматривая совокупность характеристик, определяющих конфигурацию сопловых радиальных отверстий и результаты проведенных экспериментов, оптимальный диапазон диаметра отверстий выбран в диапазоне от 5 до 8 мм.
Отношение суммарной площади горения торцевых поверхностей зарядов к суммарной площади сечения трубчатых сопел (К) влияет на давление в генераторе и на режим истечения аэрозольного потока через сопловые отверстия. При значениях параметра К меньше 65 вокруг генератора и на его корпусе имеют место натеки шлака, из-за чего уменьшается масса аэрозольных частиц, распределенных в защищаемом объеме, т.е. снижается огнетушащая эффективность генератора. Кроме того, вытекающий шлак может способствовать возгоранию легковоспламеняющихся материалов, оказавшихся вблизи генератора.
При значениях К больше 90 давление в корпусе генератора вызывает его деформацию или даже разрушение.
Видно, что при К>90 сильно возрастает деформация корпуса, а при К<65 начинают расти потери массы аэрозольных частиц и ухудшается огнетушащая способность генератора.
Исходя из полученных результатов, соотношение суммарной площади горения торцевых поверхностей зарядов к суммарной площади сечения трубчатых сопел (параметр К) в пределах 65-90 является оптимальным.
Температуры измерялись с помощью преобразователя термоэлектрического кабельного КТХК 02.01-С10-И-1.5-320/500. Потери твердофазного вещества аэрозоля определялись как отношение веса шлаковых остатков налипших на корпусе генератора после испытания к массе пиротехнического заряда до испытания. Шлаковые остатки счищались с корпуса и взвешивались на электронных весах с ценой деления 0.02 г. Масса пиротехнического заряда определяется до испытания на электронных весах с ценой деления 0.5 г.
Огнетушащая эффективность определяется согласно ГОСТ Р 53284 - 2009.
По каждому указанному примеру изготовлено и испытано по 3 устройства. В таблице 2 по каждому параметру представлен средний результат по трем испытаниям.
Испытания устройства по прототипу проводились в тех же условиях, что и заявленный ГОА. Результаты испытаний по зональной температуре в струе аэрозоля и огнетушащая эффективность представлены в Таблице 2.
Испытания показали преимущества предлагаемого ГОА по сравнению с прототипом по огнетушащей эффективности и по зональной температуре в струе аэрозоля на расстоянии 0,7 м.
Анализ результатов испытаний подтверждает, что предлагаемый генератор огнетушащего аэрозоля направлен на решение поставленной задачи и при использовании обеспечивает достижение указанного технического результата.
Таблица 1
Конструктивные параметры испытанных вариантов изделий
Конструктивные показатели
№№примера
1
2
3
4
5
6
7
8
Суммарная площадь горения, см<sup>2</sup>
481
481
481
481
481
481
481
481
Диаметр сопловых отверстий, мм
6
5
8
6
8
5
9
4
Количество сопловых отверстий
26
33
12
19
15
27
11
44
Суммарная площадь сопловых отверстий, см<sup>2</sup>
7.4
6.5
6.0
5.4
7.5
5.3
7.0
5.5
Параметр К
65
74
80
90
64
91
69
87
Таблица 2
Результаты испытаний генераторов
Измеряемые параметры
№№ примера
1
2
3
4
5
6
7
8
Прототип
Температура аэрозольной струи на расстоянии 0.3 м, °C
183
152
243
190
235
161
271
151
215
Температура аэрозольной струи на расстоянии 0.7 м, °C
75
73
94
85
89
76
103
74
130
Потери твердофазного вещества аэрозоля, %
2.6
0.5
0.2
0
6.9
0
2.1
0
-
Деформация корпуса (увеличение высоты отн. номинальной), %
1.1
1.9
2.8
9.6
0.9
12.8
1.4
8
-
Огнетушащая эффективность, г/м<sup>3</sup>
28
28
28
28
30
28
28
28
45
Примечания: В примерах №1, 2 и 5 - забрасываемый ГОА с узлом запуска терочного типа, в примерах №3 и 7 - забрасываемый ГОА с узлом запуска ударного типа, в примерах №4, 6 и 8 - стационарный ГОА с электрическим пускателем.