Огнетушитель газогенераторный для взрывопожаропредотвращения и твердопенного тушения
GAS-GENERATING FIRE EXTINGUISHER FOR FIRE AND EXPLOSION PREVENTION AND HARD FOAM EXTINGUISHING

Область техники
Изобретение относится к технике пожаротушения, а именно к устройствам пожаротушения и огнетушителям для взрывопожаропредотвращения и тушения пожара неорганической быстротвердеюицей пеной на основе вспененного геля кремнезема и может быть использовано при пожаровзрывопредотвращении и тушении пожаров в начальной стадии их возникновения в закрытых помещениях и на открытых площадках при воспламенении и горении нефтепродуктов, резинотехнических изделий, изделий из синтетических материалов, спиртов, древесины, лакокрасочных материалов и других твердых и жидких углеродосодержащих горючих материалов.
Уровень техники
Известно, что вода является наиболее широко применяемым огнетушащим средством тушения пожаров [А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. - М.: Химия, 1979, с. 64-72].
Для повышения огнетушащей способности воды в ее состав, как правило, вводят добавки, повышающие вязкость воды (загустители) или снижающие ее поверхностное натяжение (пенообразователи) [SU 797707, A62D 1/00, 1981], или вводят добавки неорганических солей - хлоридов, карбонатов и бикарбонатов щелочных металлов, глины и других тонкодисперсных веществ, повышающих огнетушащую способность воды.
Известна, в частности, минерально-водяная суспензия для тушения пожара [RU 2098158, A62D 1/00, А62С 3/00, 10.12.1997], которая для повышения адгезионных и изолирующих свойств минерально-водяного состава содержит, мас. %: 7-16 жидкого стекла, 13-72 глины и 20-80 воды. Полученную суспензию применяют путем распыления различными существующими способами (с помощью насосов, разливом с самолетов или вертолетов). Наиболее эффективными являются способы диспергирования с использованием энергии взрыва или аккумуляторов давления (воздушных, пороховых и т.п.), т.к. позволяют диспергировать состав до капель диаметром менее 10 мкм, значительно увеличивая этим поверхность взаимодействия с пламенем.
Основным недостатком подобных составов является многокомпонентность, сложность приготовления и возможность расслоения при хранении, а также выделение ядовитых продуктов горения при разложении органических компонентов состава.
Известно огнетушащее средство для тушения нефти и нефтепродуктов [RU 2263525, A62D 1/00, 10.11.2005], которое для повышения эффективности, дешевизны и удобства в применении содержит тушащий состав, нанесенный на гранулы из огнеупорного поризованного материала диаметром 10-50 мм с рабочим слоем толщиной 1-5 мм. Тушащий состав содержит бикарбонат кальция в количестве 0,2-0,8 вес. ч., жидкое стекло в количестве 0,2-0,8 вес. ч. и 0,1-0,3 вес. ч. ингибирующей добавки.
Известен состав [DE 10054686, 06.06.2002], содержащий более 50% жидкого стекла, преимущественно 90-98% с модулем жидкого стекла в пределах 1-4. Эффективность действия такого состава обеспечивается способностью жидкого стекла образовывать на поверхности горения термостойкую изолирующую пленку, предотвращающую доступ кислорода воздуха к поверхности горения.
Основным недостатком данного состава является его высокая вязкость, в связи с чем данный огнетушащий состав наносится на поверхность горения из аэрозольных упаковок с помощью транспортирующих газов - азота, диоксида углерода или пенообразующих средств, а также с помощью других приспособлений.
Для более эффективного использования жидкого стекла в качестве тушащего состава необходимо снижать его вязкость путем введения в состав воды. По отношению к воде жидкое стекло является загустителем, а по отношению к жидкому стеклу вода является разжижителем.
Известен состав для тушения лесных пожаров малым количеством воды [RU 2449825, A62D 1/00, 10.05.2012], содержащий воду и тонкоизмельченную шихту легкоплавкого стекла в концентрации 0,0001-10% в виде раствора или взвеси. При расплавлении под действием пожара компоненты образуют стеклянную пленку на поверхности горящего объекта и препятствуют доступу кислорода.
Известен водный раствор для тушения пожаров [RU 2275951, A62D 1/00, 10.05.2006], который для целей обеспечения необходимого уровня вязкости и достижения значительного снижения температуры в зоне горения, высоких значений температуростойкости и изолирующей способности состава за счет испарения свободной воды и термического вспенивания жидкого стекла, содержит воду в количестве 50-95 мас. % и в качестве загущающей добавки жидкое стекло с модулем 2,5-3,2 в количестве 5-50 мас. %.
Дополнительно данный состав может содержать высокомолекулярное поверхностно-активное вещество (ПАВ) в виде смеси поливиниловый спирт-толуол-вода с поверхностным натяжением менее 30 мН/м из расчета 0,001-0,1 кг ПАВ на один кубический метр воды в растворе.
Присутствие ПАВ в данном составе раствора улучшает его диспергирование при набрызгивании и закреплении на поверхности горения. После тушения предлагаемым составом поверхность объектов горения в результате термического вспенивания или по своей физической сути вскипания в результате интенсивного нагрева набрызганного слоя раствора покрывается слоем твердой неорганической пены толщиной 2,5-5,5 см, и этот слой, выполняя роль своеобразного фильтра, обеспечивает меньшее остаточное выделение дыма с поверхности горения.
Как это указано в описании RU 2275951 тушение пожара данным составом осуществляется по следующему механизму: При подлете струи раствора жидкого стекла к поверхности горения, под действием высокой температуры происходит нагрев раствора и снижется его вязкость, что способствует лучшему растеканию раствора на поверхности горения.
При испарении воды из раствора на поверхности горения увеличивается концентрация жидкого стекла, значительно повышается его вязкость и при полном испарении воды из состава раствора на поверхности горения остается пленка жидкого стекла, обладающая свойством непрерывности.
-3
3
Увеличение смачиваемости раствором поверхности горения и повышение степени диспергирования струи достигается за счет введения в состав высокомолекулярного поверхностно-активного вещества (ПАВ) с поверхностным натяжением менее 30⋅10 Н/м, например, на основе поливинилового спирта, толуола и воды в количестве 0,001-0,1 кг/м воды в растворе.
3
Образовавшаяся после испарения свободной воды на поверхности горения пленка жидкого стекла при температуре 120-200°С теряет молекулярную воду и приобретает твердообразное состояние. В интервале температур 200-400°С из твердообразного жидкого стекла начинает удаляться химически связанная вода, под действием которой корочка жидкого стекла приобретает пиропластическое состояние, а выделяющиеся пары воды, вследствие резкого увеличения своего объема, вспенивают эту корочку и ее объем увеличивается в 10-50 раз. Плотность образовавшегося на поверхности горения слоя пены составляет 30-50 кг/м и этот слой блокирует доступ кислорода воздуха к поверхности горения.
Образовавшийся слой пены не подвержен горению, так как по своему составу является неорганическим веществом - безводным силикатом щелочного металла, обладает низким коэффициентом теплопроводности (0,03-0,036 Вт/м⋅K) и предотвращает прогрев затушенной поверхности до температуры возгорания за счет резкого снижения интенсивности воздействия теплового потока, образующегося при излучении пламени и конвективного тепла дымовых газов.
Недостатками RU 2275951 является практическая невозможность равномерного разбрызгивания и практическая невозможность обеспечения контролируемого термического вспенивания раствора жидкого стекла на практически всегда неровных и изменяющихся в процессе горения поверхностях горящих материалах и, соответственно, невозможность получения заданной толщины твердой пены определенной структуры, а также необходимость наличия высокой температуры для термического вспенивания, а именно необходимость наличия температуры 120-200°С для испарения молекулярной воды и приобретения твердообразного состояния и необходимость наличия температуры 200-400°С для удаления из твердообразного жидкого стекла химически связанной воды, под действием которой корочка жидкого стекла приобретает пиропластическое состояние, и последующего интенсивного выделения паров воды (вскипания) для вспенивания этой корочки.
Известно применение распыленной воды в качестве огнетушащего средства, однако распыленная вода обладает сравнительно невысокой огнетушащей эффективностью, а генерирующие ее устройства требуют подключения к напорным водопроводам.
Известно применение воздушно-механической пены низкой и средней кратности, обладающей повышенной по сравнению с распыленной водой огнетушащей эффективностью, однако большинство известных водо-пенных генераторов и огнетушителей обеспечивают получение жидкой воздушно-механической пены на основе водного раствора пенообразователя и воздуха или газа, которая быстро оседает и не удерживается на вертикальных и наклонных поверхностях, что существенно снижает эффективность и увеличивает время пожаротушения.
Известен огнетушитель, содержащий емкость с огнетушащей жидкостью, систему вытеснения жидкости из емкости, запорно-пусковое устройство, распылитель жидкости с центробежным завихрителем потока и выходным соплом, и трубопровод, соединяющий выход запорно-пускового устройства с распылителем жидкости, в котором, для повышения эффективности тушения очагов возгорания, в первую очередь, классов "А" и "В" путем генерации высокоскоростной распыленной струи огнетушащей жидкости с заданным углом распыла, выходное сопло распылителя жидкости выполнено с профилированным каналом, включающим сужающийся в направлении течения жидкости участок, при этом центробежный завихритель выполнен в виде полой вставки, по меньшей мере, с одним тангенциально направленным входным каналом, образованным в боковой стенке вставки, и входным осевым каналом, причем полость вставки сообщена с входным отверстием профилированного сопла [RU 43465 А62С 13/62, А62С 31/02, опубл. 27.01.2005].
Известен огнетушитель, содержащий емкость, заполненную жидким огнетушащим веществом, источник вытесняющего газа, запорно-пусковое устройство, распылитель жидкости, соединенный через трубопровод с выходом запорно-пускового устройства, при этом распылитель жидкости выполнен с возможностью генерации направленной тонкораспыленной струи огнетушащего вещества, в котором, для обеспечения возможности эффективного тушения очагов пожаров классов А и В и электрооборудования, находящегося под высоким напряжением, и длительного хранения и эксплуатации огнетушителя в условиях отрицательных температур, в качестве жидкого огнетушащего вещества использована смесь водного раствора соли, выбранной из следующего ряда веществ: диаммонийфосфат, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид лития, и пленкообразующего пенообразователя, причем содержание соли в огнетушащем веществе составляет не менее 10 мас. %, содержание пленкообразующего пенообразователя в огнетушащем веществе составляет не менее 5 мас. %. При этом в качестве источника вытесняющего газа использован сжатый газ, заполняющий газовую полость в емкости над поверхностью жидкого огнетушащего вещества, а распылитель жидкости снабжен струйно-центробежным завихрителем потока жидкости и выходным соплом и выполнен с профилированным каналом, включающим входной участок цилиндрической формы и выходной участок в форме конического диффузора, при этом входное отверстие выходного участка сопряжено с выходным отверстием цилиндрического участка [RU 82562 А62С 13/62, А62С 31/02, опубл. 10.05.2009].
Известен переносной огнетушитель, содержащий резервуар с огнетушащим веществом, корпус пусковой головки, установленный на резервуаре с огнетушащим веществом, подпружиненный шток с коническим выступом, размещенный в продольном канале, выполненном в корпусе пусковой головки, который имеет первое радиальное отверстие, установленный на корпусе пусковой головки баллон для сжатого газа с герметизирующей мембраной, обращенной к коническому выступу штока, сифонную трубку, выходной штуцер и средство для перемещения штока, эластичную прокладку, установленную на штоке, при этом продольный канал имеет две полости, разделенные одна от другой герметизирующим элементом, установленным на штоке, первая полость сообщается с выходным отверстием баллона для сжатого газа и посредством первого радиального отверстия - с полостью резервуара с огнетушащим веществом, вторая полость сообщается с помощью второго радиального отверстия с сифонной трубкой, и с помощью третьего радиального отверстия - с выходным штуцером, в котором, для исключения вытекания огнетушащего вещества в период хранения и транспортировки с сохранением возможности кратковременного прекращения его работы, во второй полости на штоке установлены цилиндрическая пружина и шайба, эластичная прокладка расположена на нижней поверхности шайбы, цилиндрическая пружина расположена между шайбой и верхней стенкой второй полости, а длина цилиндрической пружины в осевом направлении в свободном состоянии превышает расстояние от шайбы до верхней стенки второй полости [RU 8896 А62С 13/00, опубл. 16.01.1999].
Известно устройств для получения твердеющей пены из композиции низкомолекулярных и высокомолекулярных веществ, обеспечивающее увеличение производительности пеногенерации, непрерывную работу без остановок для перезарядки емкостей рабочими растворами, которое содержит цилиндрический корпус, патрубки для подачи жидкости и газа и расположенный соосно корпусу рассеиватель газожидкостного потока, при этом патрубки для подачи водного раствора поверхностно-активного вещества и карбамидно-формальдегидной смолы смещены относительно оси корпуса и смесителя на расстояние, составляющее 5-15% внутреннего диаметра патрубка [RU 2226123 B01F 3/04, B01F 5/04, опубл. 27.03.2004].
Устройство по RU 2226123 может быть использовано для создания защитных пенных экранов с целью предотвращения испарений нефти и нефтепродуктов при аварийных проливах и в технологии переработки полимеров в пористые или ячеистые изделия различного назначения, но по причине горючести получаемой твердой пены неприменимо в области пожаротушения.
3
4
10
2
2
Известен огнетушитель, имеющий по меньшей мере одну емкость со средством тушения огня, выполнен с возможностью выводить данное средство, если идентифицировано реальное или потенциальное возгорание. Средство тушения огня представляет собой стабильную водную суспензию тонкодисперсного вспученного вермикулита (природного минерала с химической формулой (Mg, Fe, Аl)(Аl, Si)O(OH)4HO). Способ тушения огня осуществляется путем подачи данного средства тушения огня на пламя, прилегающие к нему зоны, а также зоны высокого риска распространения огня. Используемый огнетушитель может быть изготовлен путем по меньшей мере частичного заполнения емкости, адаптированной для выведения средства тушения огня. Средство обладает улучшенным ограничивающим воздействием и формированием изолирующего барьера за счет образования на поверхности слоя, барьерного по отношению к кислороду и теплу, может быть применено для тушения огня на человеке и животном. Желательно, чтобы количество вермикулита составляло 3-40 мас. %, более предпочтительно 10-30 мас. %, а особо желательно - 15-25 мас. %, например, примерно 20 мас. %. Предпочтителен очень тонкодисперсный вермикулит с размером частиц в интервале от нанометров до 1000 мкм, причем желательно, чтобы этот размер не превышал 300 мкм [RU 2635613 A62D 1/00, А62С 3/00, С09K 21/02 Опубл. 14.11.2017].
Недостатком RU 2635613 является возможность использования огнетушащего вещества только в виде водную тонкодисперсной суспензии и невозможность формирования на ее основе пены.
Известны химические пенные огнетушители, генерирующие химическую пену, получаемую в результате резкого вспенивания щелочного раствора (обычно - водного раствора соды) при добавлении в него кислоты (обычно -серной или соляной).
Известен огнетушитель для образования и подачи химической пены, содержащий корпус, заполненный щелочным раствором, спрыск, расположенный в верхней части корпуса, крышку и баллон с кислотой, закрытый пробкой со штоком, при этом баллон снабжен поплавком, в котором, для равномерного распределения заряда кислоты в корпусе огнетушителя, поплавок выполнен в виде кольцевой камеры и установлен концентрично корпусу баллона в его нижней части [RU 26191 А62С 13/04, опубл. 20.11.2002].
Известен химический пенный огнетушитель, содержащий сосуд с крышкой, заполненный щелочным раствором, спрыск, расположенный в верхней части сосуда, баллон с кислотой, днище которого выполнено в виде мембраны, приводной шток и установленную в сосуде заборную трубку, один конец которой соединен со спрыском, а другой обращен к днищу сосуда, в котором, для повышения эксплуатационных свойств и быстродействия срабатывания, приводной шток снабжен поршнем, размещенным в полости баллона, а в стенке баллона выполнено сквозное отверстие, расположенное выше поршня части [RU 26192 А62С 13/04, опубл. 20.11.2002].
Общим недостатком известных химических пенных огнетушителей является недостаточная огнетушащая эффективность, обусловленная обычно незначительным количеством генерируемой химической пены, определяемым стехимиометрическим соотношением реагентов, а также возможность только одноразового использования в течение времени протекания реакции с невозможностью ее прерывания и последующего неоднократного возобновнения.
Известен водный раствор для тушения пожаров [RU 2275951, A62D 1/00, 10.05.2006], который для целей обеспечения необходимого уровня вязкости и достижения значительного снижения температуры в зоне горения, высоких значений температуростойкости и изолирующей способности состава за счет испарения свободной воды и термического вспенивания жидкого стекла, содержит воду в количестве 50-95 мас. % и в качестве загущающей добавки жидкое стекло с модулем 2,5-3,2 в количестве 5-50 мас. %.
Дополнительно данный состав может содержать высокомолекулярное поверхностно-активное вещество (ПАВ) в виде смеси поливиниловый спирт - толуол - вода с поверхностным натяжением менее 30 мН/м из расчета 0,001-0,1 кг ПАВ на один кубический метр воды в растворе.
Присутствие ПАВ в данном составе раствора улучшает его диспергирование при набрызгивании и закреплении на поверхности горения. После тушения предлагаемым составом поверхность объектов горения в результате термического вспенивания или по своей физической сути вскипания в результате интенсивного нагрева набрызганного слоя раствора покрывается слоем твердой неорганической пены толщиной 2,5-5,5 см, и этот слой, выполняя роль своеобразного фильтра, обеспечивает меньшее остаточное выделение дыма с поверхности горения.
Как это указано в описании RU 2275951 тушение пожара данным составом осуществляется по следующему механизму: При подлете струи раствора жидкого стекла к поверхности горения, под действием высокой температуры происходит нагрев раствора и снижется его вязкость, что способствует лучшему растеканию раствора на поверхности горения. При испарении воды из раствора на поверхности горения увеличивается концентрация жидкого стекла, значительно повышается его вязкость и при полном испарении воды из состава раствора на поверхности горения остается пленка жидкого стекла, обладающая свойством непрерывности.
-3
3
Увеличение смачиваемости раствором поверхности горения и повышение степени диспергирования струи достигается за счет введения в состав высокомолекулярного поверхностно-активного вещества (ПАВ) с поверхностным натяжением менее 30⋅10 Н/м, например, на основе поливинилового спирта, толуола и воды в количестве 0,001-0,1 кг/м воды в растворе.
3
Образовавшаяся после испарения свободной воды на поверхности горения пленка жидкого стекла при температуре 120-200°С теряет молекулярную воду и приобретает твердообразное состояние. В интервале температур 200-400°C из твердообразного жидкого стекла начинает удаляться химически связанная вода, под действием которой корочка жидкого стекла приобретает пиропластическое состояние, а выделяющиеся пары воды, вследствие резкого увеличения своего объема, вспенивают эту корочку и ее объем увеличивается в 10-50 раз. Плотность образовавшегося на поверхности горения слоя силикатной пены составляет 30-50 кг/м и этот слой блокирует доступ кислорода воздуха к поверхности горения.
Образовавшийся подобным образом слой твердой силикатной пены не подвержен горению, так как по своему составу является неорганическим веществом - безводным силикатом щелочного металла, обладает низким коэффициентом теплопроводности (0,03-0,036 Вт/м⋅K) и предотвращает прогрев затушенной поверхности до температуры возгорания за счет резкого снижения интенсивности воздействия теплового потока, образующегося при излучении пламени и конвективного тепла дымовых газов.
Недостатками RU 2275951 является практическая невозможность равномерного разбрызгивания и контролируемого термического вспенивания раствора жидкого стекла на практически всегда неровных и изменяющихся в процессе горения поверхностях горящих материалах и, соответственно, невозможность получения заданной толщины "стеклянной" пены определенной структуры, а также необходимость наличия высокой температуры для термического вспенивания, а именно необходимость наличия температуры 120-200°С для испарения молекулярной воды и приобретения твердообразного состояния и необходимость наличия температуры 200-400°C для удаления из твердообразного жидкого стекла химически связанной воды, под действием которой корочка жидкого стекла приобретает пиропластическое состояние, и последующего интенсивного выделения паров воды (вскипания) для вспенивания этой корочки и ее превращения в твердую силикатную пену.
2
3
3
3
Известен пористый ксерогель SiO [RU 2530048 С01 В 33/16, опубл. 10.10.2014 Заявка РСТ ЕР 2010/067821 20101119, публикация РСТ WO 2011/061289 20110526] который содержит поры, размер которых больше 50 нм, но меньше 1000 нм, в частности - меньше 500 нм, в частности - меньше 300 нм, в частности - меньше 100 нм, имеет плотность меньше 400 кг/м, в частности - меньше 290 кг/м, в частности - меньше 200 кг/м, содержит долю углерода, которая меньше 10%, в частности - меньше 5%, и имеет теплопроводность при 800°С меньше 0,060 Вт/м⋅K, при 400°С - меньше 0,040 Вт/м⋅K, при 200°С - меньше 0,030 Вт/м⋅K, имеет модуль упругости, равный по меньшей мере 5 МПа, при температурах до 560°С (в атмосфере, содержащей кислород) обладает длительной термостабильностью, представляет собой монолитное формованное изделие, гранулят или порошок.
2
2
Данный ксерогель SiO по RU 2530048 с характерным размером пор менее 1 микрометра, получают посредством золь-гель процесса с субкритической сушкой геля с использованием временных заполнителей пор или твердых скелетных опор (например, состоящих из углерода или органических веществ), которые в конце процесса получения удаляют посредством термического окисления. Вспомогательные органические частицы, или макромолекулы, или частицы углерода, содержащиеся в неорганическом геле, препятствуют коллапсу неорганической сетчатой структуры во время процесса субкритической сушки. Впоследствии эти заполнители пор или твердые скелетные опоры в максимальной степени удаляют в процессе термической обработки при температуре выше 300°С за счет окисления. В результате получают ксерогель SiO (с массовой долей волокон менее 5 масс. %) с пористостью более 80%, с содержанием несвязанного или лишь слабо химически связанного с силикатным скелетом углерода менее 10% и с размером пор менее 1 микрометра.
2
Ксерогель SiO по RU 2530048 применяют в качестве негорючего или невоспламеняющегося, прозрачного или полупрозрачного или непрозрачного теплоизоляционного материала, в качестве несущего теплоизоляционного материала, носителя катализаторов, фильтра, поглотителя, негорючего или невоспламеняющегося, прозрачного, полупрозрачного или непрозрачного легкого строительного материала, диэлектрика для электронных деталей, в качестве системы для контролируемого или быстрого выделения лекарственных препаратов, в качестве покрытия для использования в термодиффузионных процессах, в качестве литейной формы, в качестве носителя для сенсорных молекул в сенсорной технике, для звукоизоляции, для регулирования влажности или в качестве материала основы для композитных материалов.
Известен состав для создания вспененной аэрозольным путем термостойкой пены на основе силиката натрия [ЕР 0110328], содержащий два разделенных между собой раствора, один из которых, раствор «А», выполнен на основе водного раствора силиката натрия (50-97%) и пропеллента (3-50%), а другой - раствора «Б», являющийся отвердителем.
К раствору «А» (основному раствору) согласно ЕР 0110328 добавляют различные химические добавки в виде аммониевых соединений, боратов, синтетических резин и различных органических и неорганических соединений увеличивающие механические свойства пен и дисперсий, но при этом эти соединения должны быть совместимыми, т.е. протекание химических реакций между ними не предполагается. Для увеличения кратности пены в раствор «А» (в раствор силикатов щелочных металлов) могут вводиться добавки поверхностноактивных веществ.
В качестве раствора «Б» (отвердителя) согласно ЕР 0110328 используют органические и неорганические соединения, обладающие гелирующими свойствами, предпочтительно сложные эфиры карбоновых кислот, например триаацетатглицерина, которые, обладая высоковязкими свойствами, выступают Загустителями, увеличивая реологические свойства образованных пен при смешении.
Оба раствора должны находиться под давлением в отдельных разделительных емкостях, причем раствор «Б» (отвердитель) находится под большим давлением, чем раствор «А» (основной раствор).
Разделительные емкости согласно ЕР 0110328 используются, чтобы избежать высаживания отвердителя. Для предотвращения высаживания отвердителя в растворы вводятся также эмульгаторы, а также в раствор «Б» (отвердитель) вводятся стабилизирующие компоненты, образующие микрокапсулы из солей поливалентных катионов, предпочтительно Zn, Mg, Са.
Образование газовых пузырьковых включений (вспенивания) по ЕР 0110328 происходит под действием высвобождения сжиженного пропилента при компенсации разности давлений с атмосферой,
Получаемые по ЕР 0110328 пены, образующиеся на основе силикатов щелочных металлов и обладающие стабильностью до 300° предлагается использовать в качестве термоизолирующих пен, в строительном производстве в качестве теплоизолятора.
Общим недостатком известных силикатов щелочных и щелочно-земельных металлов, пен и непокерамических материалов на их основе является их сравнительно низкая термостабильность, недостаточная для их использования в качестве огнетушащего средства при пожаровзрывопредотвращении, поскольку известно, что температура воспламенения для большинства твердых материалов 300°С, температура пламени в горящей сигарете 700-800°С, в спичке температура пламени 750-850°С, температура воспламенения древесины 300°С, а температура горения древесины 800-1000°С.
Известен вспененный гель кремнезема, применение вспененного геля кремнезема в качестве огнетушащего средства, при взрывопожаропредотвращении и в качестве изолирующего и наполняющего материала в строительстве и в иных отраслях промышленности. [RU 2590379 С01В 33/16, опубл. 10.07.2016].
Вспененный гель кремнезема по RU 2590379 получали воздушно-механическим вспениванием на известных пеногенераторах смеси водного раствора силиката щелочного металла с пенообразующим поверхностно-активным веществом и водного раствора активатора золеобразования кремнезема из силиката щелочного металла в виде водного раствора уксусной кислоты, хлорводородной кислоты или хлорида аммония.
Преимуществом вспененного геля кремнезема по RU 2590379 является практически мгновенная реакция компонентов после их соприкосновения и набор механической прочности вспененного геля по показателю динамической вязкости от 20 мПа⋅с до 100 Па⋅с в диапазоне времени от 2 секунд, но это делает практически невозможным применение практически всех известных пеногенераторов и устройств формирования пены низкой и средней кратности по причине затвердевания вспененного геля кремнезема внутри пеногенераторов и устройств с быстрым прекращением их нормального функционирования.
Существенным недостатком технологии генерирования вспененного геля кремнезема по RU 2590379 являлось то, что его можно было получать на известных пеногенераторах воздушно-механическим вспениванием смеси раствора 10-70%, преимущественно 20-50%, силиката натрия, и 1-15%, преимущественно 6%, пенообразующего поверхностно-активного вещества, с 1 до 6%, преимущественно 1 до 3,5%-ного водного раствора уксусной кислоты, при массовом соотношении раствора силиката натрия с пенообразующим поверхностно-активным веществом и раствора уксусной кислоты от 100:1 до 28:1, преимущественно 35:1.
В результате использования практически разбавленных компонентов получаемый по RU 2590379 вспененный гель кремнезема получался с большим количеством воды, а именно преимущественно содержал 20-50% кремнезема, 1 то есть более половины его количества составляла вода. При использовании более концентрированных компонентов происходит формирование твердой пены в трубопроводе подачи смеси компонентов в пеногенератор и в пеногенераторе, что делало невозможным их нормальное функционирование
Общим недостатком известных водопенных устройств пожаротушения и химических огнетушителей является то, что в известных устройствах огнетушащее средство формируется внутри корпуса устройства и в трубопроводах подачи огнетушащего средства к средствам распыления или пеногенерации, что делает их непригодными для применения с быстротвердеющими пенами кремнезема по причине быстрого образования твердой пены внутри корпуса устройств и в трубопроводах подачи смеси огнетушащего средства к средствам распыления, что прекращает их нормальное функционирование.
3
2
4
4
Известен химический воздушно-пенный огнетушитель, содержащий стальной корпус, заполненный 9 л водно-щелочного раствора в виде смеси бикарбоната натрия NaHCO и солодкового экстракта, и полиэтиленовую емкость, заправленную кислотной смесью в виде серной кислоты HSO и сульфида железа FeSO, повышающей объем и прочность образующейся пены, при этом, для повышения эффективности защиты пожаров путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания, полиэтиленовая емкость жестко соединена с седлом клапана, закрепленного в нижней части стакана, жестко соединенного с крышкой стального корпуса, к верхней части которого прикреплена ручка для работы в режиме эксплуатации огнетушителя, а в верхней части корпуса размещен выпускной патрубок с пеногенератором. Стакан установлен внутри корпуса осесимметрично ему и полиэтиленовой емкости, а клапан соединен со штоком, размещенным осесимметрично в стакане и подпружиненным пружиной. В нижней части стакана, над клапаном, выполнено, по крайней мере, три отверстия, обеспечивающих соединение щелочной и кислотной частей огнетушителя, а на крышке корпуса огнетушителя смонтировано запорно-пусковое устройство [RU 2427401 А62С 13/04, опубл. 27.08.2011].
Недостатком данного огнетушителя является возможность его одноразового использования и недостаточная эффективность его функционирования.
Известен огнетушитель химический пенный, содержащий емкость, заполненную жидким огнетушащим веществом, источник вытесняющего газа, запорно-пусковое устройство, распылитель жидкости, соединенный через трубопровод с выходом запорно-пускового устройства, при этом распылитель жидкости выполнен с возможностью генерации направленной тонкораспыленной струи огнетушащего вещества, в котором, для генерации тонкораспыленной струи огнетушащей жидкости, с помощью которой осуществляется эффективное тушение очагов пожара классов А и В, а также электрооборудования, находящегося под высоким напряжением и сохранения эффективности пожаротушения при длительном хранении и при отрицательных температурах, в качестве жидкого огнетушащего вещества использована смесь водного раствора соли, выбранной из следующего ряда веществ: диаммонийфосфат, хлорид магния, хлорид кальция, хлорид лития, и пленкообразующего пенообразователя, причем содержание соли в огнетушащем веществе составляет не менее 10 мас. %, содержание пленкообразующего пенообразователя в огнетушащем веществе составляет не менее 5 мас. %. В результате обеспечивается повышение эффективности огнетушащей способности огнетушителя за счет расширения технических возможностей, увеличения срока эксплуатации, обеспечения устойчивого режима работы с исключением необходимости переворачивания и самосрабатывания в процессе эксплуатации [RU 2278713 А62С 13/04, опубл. 27.06.2006].
В качестве источника вытесняющего газа в RU 2278713 используется сжатый газ, заполняющий газовую полость в емкости над поверхностью жидкого огнетушащего вещества, распылитель жидкости снабжен струйно-центробежным завихрителем потока жидкости и выходным соплом и выполнен с профилированным каналом, включающим входной участок цилиндрической формы и выходной участок в форме конического диффузора, при этом входное отверстие выходного участка сопряжено с выходным отверстием цилиндрического участка.
При использовании RU 2278713 обеспечивается генерация направленной тонкораспыленной струи огнетушащей жидкости, которая как было показано выше обладает более низкой по сравнению с воздушно-механической пеной эффективностью пожаротушения.
Известны переносные огнетушители с возможностью получения твердой негорючей неорганической пены и возможностью твердопенного тушения и взрывопожаропредотвращения.
2
Известны разработанные ранее авторами способ и устройство для взрывопожаропредотвращения и тушения пожара в виде быстротвердеющей неорганической пены на основе вспененного геля кремнезема SiO. Способ взрывопожаропредотвращения и твердопенного тушения включает приготовление вспененного геля кремнезема в виде быстротвердеющей пены путем смешивания компонента А в виде водного раствора смеси силиката щелочного металла и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, при соотношении, масс. %: 10-70, преимущественно 20-50 силиката натрия, 1-15, преимущественно 3-6 пенообразующего поверхностно-активного вещества, остальное - вода, с компонентом Б, составляющим 20-60%, преимущественно от 30-50%-ного водного раствора уксусной кислоты. Устройство для взрывопожаропредотвращения и твердопенного тушения содержит емкости с размещенными в них компонентами огнетушащего вещества, трубопроводы компонентов огнетушащего вещества, средство смешивания компонентов огнетушащего вещества и средство вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества. Устройство содержит емкости с размещенными в них компонентами огнетушащего вещества, трубопроводы компонентов огнетушащего вещества, средство смешивания компонентов огнетушащего вещества, средство вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества выполнено с возможностью подачи компонента А в средство смешивания компонентов огнетушащего вещества из емкости компонента А под воздействием сжатого воздуха в емкости с компонентом А и получения в качестве огнетушащего вещества вспененного геля кремнезема в виде быстротвердеющей пены, получаемой путем смешивания и вспенивания смеси компонентов А и Б, при объемном соотношении компонентов А и Б от 15:1 до 6:1, преимущественно 10:1. При этом устройство выполнено размещенным на ручной тележки с возможностью его мобильного перемещения, а емкость с компонентом Б выполнена в виде ранца с возможность ее переноски за плечами оператора [RU 2672945 А62С 13/04, А62С 5/02, С01В 33/14, B01F 3/08 Опубл. 21.11.2018].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототипом) является огнетушитель для взрывопожаропредотвращения и твердопенного тушения, содержит герметичный корпус в форме тройника в виде двух сваренных друг с другом баллонов, один из которых ориентирован по вертикальной оси, а другой - по горизонтальной оси и снабжен расположенной в плоскости осей баллонов ручкой,, с размещенными в нем компонентами огнетушащего вещества, средство смешивания компонентов огнетушащего вещества и средства подачи компонентов огнетушащего вещества из корпуса в средство смешивания компонентов огнетушащего вещества давлением предварительно закачиваемого сжатого газа внутри корпуса. Огнетушитель выполнен с возможностью получения в качестве огнетушащего вещества вспененного геля кремнезема, образующего быстротвердеющую пену, получаемую путем смешивания и вспенивания размещенных внутри корпуса огнетушителя и подаваемых в средство смешивания компонентов огнетушащего вещества давлением сжатого газа внутри корпуса. В качестве компонентов огнетушащего вещества применяют: компонента А - водный раствор смеси силиката щелочного металла, преимущественно силиката натрия, и пенообразующее поверхностно-активное вещество, преимущественно синтетический углеводородный пенообразователь, и компонента Б - активатор золеобразования кремнезема преимущественно в виде водного раствора уксусной кислоты. Средство смешивания компонентов огнетушащего вещества выполнено в виде эжекторного смесителя-пеногенератора с возможностью смешивания компонентов А и Б и вспенивания смеси компонентов А и Б эжектируемым в эжекторный смеситель-пеногенератор атмосферным воздухом [RU 2668753 А62С 13/04 Опубл. 02.10.2018 (прототип)].
Недостатком прототипа RU 2668753 является необходимость предварительной закачки в корпус воздуха при подготовке огнетушителя к работе, что часто невозможно в аварийных ситуациях, а также невозможность длительного сохранения рабочего давления сжатого воздуха внутри корпуса и, соответственно длительной готовности огнетушителя-прототипа к периодически необходимой работе по причине обычного снижения давления в сосудах под давлением в течение определенного времени.
Решаемая задача и технический результат
Задачей изобретения является устранение недостатков известных аналогов и прототипа.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения является повышение надежности функционирования огнетушителя и эффективности пожаротушения и взрывопожаропредотвращения неорганической быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема.
Сущность изобретения
Поставленная задача решается и требуемый технический результат достигается тем, что в огнетушителе для взрывопожаропредотвращения и твердопенного тушения, содержащем содержащем герметичный корпус с размещенными в нем компонентами огнетушащего вещества, средство смешивания компонентов огнетушащего вещества и вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества, средство создания давления внутри корпуса с возможностью вытеснения давлением компонентов огнетушащего вещества из корпуса в средство смешивания и вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества и средства раздельной подачи компонентов огнетушащего вещества из корпуса в средство смешивания компонентов огнетушащего вещества и вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества,
средство создания давления внутри корпуса выполнено в виде газогенератора с возможностью создания внутри корпуса давления вытесняющего газа 0,8-1 МПа, например, твердотопливного генератора ГГ-10(Б)-02 [https://po59.ru/619/; https://www.tmb-fire.ru/calatog/fire-extinguisher-components/others/generator1/ и др.] со средством предохранения от случайного срабатывания, выполненным, например, в виде предохранительной чеки газогенератора, удаляемой при подготовке огнетушителя к использованию.
При этом корпус огнетушителя выполнен U-образной формы в виде двух преимущественно вертикально ориентированных баллонов, у которых
нижние торцы соединены друг с другом снизу посредством отводов, а
верхние торцы сверху закрыты крышками,
к одной из которых присоединены трубопроводы средств раздельной подачи компонентов огнетушащего вещества в средство смешивания и вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества, а к другой - средство создания давления внутри корпуса в виде газогенератора.
Соединенные друг с другом снизу через отводы баллоны выполнены преимущественно цилиндрическими и соединены вверху перепускной трубой с возможностью выравнивания давления в верхних частях баллонов при заполнении корпуса компонентами огнетушащего вещества и при функционировании огнетушителя.
Средство смешивания компонентов огнетушащего вещества и вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества выполнено в виде запорно-пускового устройства и присоединенного к нему ствола, выполненных с возможностью смешивания раздельно подаваемых в них компонентов огнетушащего вещества и вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества эжектируемым в ствол атмосферным воздухом.
Огнетушитель выполнен с возможностью получения в качестве огнетушащего вещества вспененного геля кремнезема в виде быстротвердеющей пены, получаемой путем смешивания и вспенивания смеси
компонента А в виде водного раствора силиката натрия, и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, при соотношении, мас. %: 10-70, преимущественно 20-50 силиката натрия, 1-15, преимущественно 3-6 пенообразующего поверхностно-активного вещества, остальное - вода, и
компонента Б в виде 20-60%, преимущественно от 30-50%-ного водного раствора уксусной кислоты,
при объемном соотношении компонентов А и Б от 15:1 до 6:1, преимущественно 10:1,
с возможностью получения вспененного геля кремнезема с набором его твердости в течение от 1 секунды до 2 минут и изменением его объема в затвердевшем состоянии не более 10% в течение 24 часов,
и с возможностью получения твердого пенокерамического материала на основе вспененного геля кремнезема, обладающего термостабильностью при воздействии температуры 1000°С не менее 60 минут, который
содержит, мас. %, 13-65%, преимущественно 20-50% кремнезема, 1-15%, преимущественно 6% пенообразующего поверхностно-активного вещества, вода - остальное;
3
имеет объемную массу 0,1-0,8 г/см;
имеет объемную устойчивость не менее 22 часов при изменении объема не более 10%,
а в обезвоженном состоянии
3
имеет объемную массу 0,05-0,1 г/сми
сохраняет не менее 95% объемной формы при нагреве до температуры 1000°с в течении не менее 40 минут;
2
имеет микро- и макропористую структуру с удельной площадью поверхности не менее 20 м/гр;
имеет пластичную структуру геля с кратностью от 2 до 20;
имеет твердость по показателю вязкости более 100Па⋅с;
имеет белый или желтовато-белый цвет.
Емкость с компонентом Б выполнена в виде расположенного в корпусе эластичного пакета из материала, нейтрального к воздействию кислотной и щелочной среды, например, из поливинилхлорида, с возможностью подачи компонента Б из емкости с компонентом Б в трубопровод компонента Б и по действием давления внутри корпуса.
Огнетушитель содержит запорно-пусковое устройство, выполненное с возможностью в начале использования огнетушителя последовательной подачи в ствол сначала компонента А и затем компонента Б, а при окончании использования огнетушителя последовательного прекращения подачи в ствол сначала компонента Б и затем компонента А.
Запорно-пусковое устройство содержит снабженные штоками различной длины клапан компонента А и клапан компонента Б, выполненные с возможностью в начале функционального использования огнетушителя последовательного открытия сначала клапана компонента А и затем клапана компонента Б, а при прекращении функционального использования огнетушителя последовательного закрытия сначала клапана компонента Б и затем клапана компонента А.
Запорно-пусковое устройство выполнено с возможностью приведения в действие огнетушителя посредством последовательного открытия/закрытия клапанов компонентов А и Б с возможностью обеспечения последовательной подачи компонентов А и Б в начале функционального использования огнетушителя, а также первоочередного прекращения подачи в ствол компонента Б и последующего прекращения компонента А в ствол при прекращении функционального использования огнетушителя.
Конструктивно запорно-пусковое устройство содержит рычаг, содержащий выжимную часть в виде прижимаемой к ручке рукоятки и поршневую часть в виде прямоугольного толкателя штоков клапанов компонентов А и Б, обеспечивающих за счет различной их длины первоочередную подачу компонента А ствол при начале функционального использования огнетушителя и последующую подачу компонента Б в ствол, а также первоочередное прекращение подачи в ствол компонента Б и последующее прекращение подачи компонента А в ствол при прекращения использования огнетушителя.
При этом трубопровод подачи компонента Б из корпуса в средство смешивания и вспенивания смеси компонентов выполнен расположенным внутри трубопровода компонента А
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами предлагаемого огнетушителя, на которых номерами позиций показаны: 1 - U-образный корпус огнетушителя; 2 - ручка огнетушителя; 3 - оси колес огнетушителя; 4 - колеса огнетушителя; 5 - горловина; 6 - крышка; 7 - накидная гайка; 8 - горловина газогенератора; 9 - крышка газогенератора; 10 - газогенератор; 11 - корпус газогенератора; 12 - пакет ПВХ для компонента Б; 13 - сифонная трубка компонента А; 14 - трубопровод компонента А; 15 - трубопровод компонента Б; 16 - кнопка газогенератора; 17 - боек газогенератора; 18 - переходник газогенератора; 19 - штуцер канала компонента А; 20 - штуцер трубопровода компонента Б; 21 - переходник трубопровода компонента А; 22 - запорно-пусковое устройство; 23 - ствол; 24 - чека газогенератора; 25 - упор для фиксации огнетушителя в вертикальном положении.
На Фиг. 1 показан общий вид огнетушителя.
На фиг. 2 - модельный очаг пожара.
На фиг. 3, 4 - модельный очаг пожара после его обработки быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема.
На фиг. 5 - вид огнетушителя сбоку, где показаны: U-образный корпус огнетушителя 1; ручка огнетушителя 2; колеса огнетушителя 4; трубопровод 14 компонента А с размещенным внутри него трубопровод 15 компонента Б, обеспечивающих раздельную компонентов А и Б к запорно-пусковому устройству 22 и стволу 23; чека газогенератора 24 и упор 25 для фиксации огнетушителя в вертикальном положении.
На фиг. 6 на виде спереди - сечение огнетушителя, где показаны: U-образный корпус огнетушителя 1; ручка огнетушителя 2; оси колес огнетушителя 3; колеса огнетушителя 4; горловина 5; крышка 6; накидная гайка 7; горловина газогенератора 8; крышка газогенератора 9; газогенератор 10; корпус газогенератора 11; пакет ПВХ для компонента Б 12; сифонная трубка компонента А 13; трубопровод компонента А 14; трубопровод компонента Б 15; кнопка газогенератора 16; боек газогенератора 17; переходник газогенератора 18; штуцер трубопровода компонента А 19; штуцер трубопровода компонента Б 20; переходник трубопровода компонента А 21;
На фиг. 7 - сечение узла А, где показаны: горловина 5 с крышкой 6 и гайкой 7, трубопровод 14 компонента А с расположенным внутри него трубопроводом 15 компонента Б; штуцер 19 канала компонента А; штуцер 20 канала компонента Б; переходник 21 трубопровода компонента А, обеспечивающих раздельную компонентов А и Б к запорно-пусковому устройству 22 путем размещения трубопровода 15 компонента Б внутри трубопровода 14 компонента А.
На фиг. 8 - сечение запорно-пусковое устройств 42 и ствола 41, обеспечивающих раздельную подачу на смешивание компонентов А и Б и последующее вспенивание смеси компонентов А и Б эжектируемым в ствол атмосферным воздухом с получением быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема, где стрелками показаны соответствующие направления движения компонентов А и Б, воздуха и быстротвердеющей пены, запорные клапаны 45 и 46 компонентов А и Б с штоками различной длины для первоначальной подачи на смешение компонента А и последующей подачи компонента Б при начале работы огнетушителя, а при остановке работы огнетушителя - первоначального прекращения подачи компонента Б и последующего прекращения подачи компонента А.
На фиг. 9 показано сечение запорно-пускового устройства 22 по линии А-А и запорные клапаны 35 и 36 компонентов А и Б с штоками различной длины.
Осуществление изобретения
В состав предлагаемого огнетушителя для взрывопредотвращения и твердопенного тушения (далее - огнетушителя) с оптимальным объемом компонентов огнетушащего вещества 30 литров (фиг. 1, 3-9):
U-образный корпус огнетушителя 1, предназначенный для хранения компонента А (водного раствора жидкого стекла и пенообразователя) и размещения внутри корпуса емкости компонента Б.;
ручка огнетушителя 2, предназначенная для удобства перемещения огнетушителя оператором;
оси колес огнетушителя 3 с колесами 4, предназначенными для перемещения огнетушителя;
горловина 5; крышка огнетушителя 6; накидная гайка 7, предназначенная для крепления крышки огнетушителя 6 к горловине 5;
горловина газогенератора 8 и крышка газогенератора 9;
газогенератор (ГГ-10(Б)-02) 10, предназначенный для создания внутри корпуса огнетушителя рабочего давления вытесняющего газа, образующегося в результате сгорания газогенерирующего вещества твердотопливного патрона газогенератора;
пакет ПВХ 12, предназначенный для хранения отверждающего компонента Б;
сифонная трубка 13, предназначенная для подачи вытесненяемого давлением из корпуса огнетушителя 1 компонента А в трубопровод компонента А 14, предназначенный для подачи компонента А к запорно-пусковому устройству огнетушителя;
трубопровод компонента Б 15, предназначенный для подачи компонента Б к запорно-пусковому устройству огнетушителя и расположенный внутри трубопровод компонента А;
кнопка газогенератора 16, предназначенная для приведения в действие газогенератора посредством воздействия на боек газогенератора 17, предназначенный при ударе для воспламенения капсюля газогенератора;
переходник газогенератора 18, предназначенный для удержания газогенератора в крышке газогенератора 9;
штуцер канала компонента А 19, предназначенный для монтажа трубопровода компонента А 14 к крышке огнетушителя 6 посредством переходника 21;
штуцер трубопровода компонента Б 20, предназначенный для монтажа трубопровода компонента Б 15 к крышке огнетушителя 6 посредством переходника;
запорно-пусковое устройство 22 соединенное со стволом 23, обеспечивающие смешение компонентов А и Б, вспенивание смеси компонентов А и Б эжектируемым атмосферным воздухом с получением струю быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема;
чека газогенератора 24, обеспечивающая предотвращение неосторожного нажатия или удара по кнопке механизм пускового устройства газогенератора и фиксирующая в неподвижном положении пусковой механизм газогенератора в транспортном и нерабочем состоянии огнетушителя.
упор 25, предназначенный для придания огнетушителю устойчивого положения.
Корпус огнетушителя (резервуар компонента А) выполнен в виде сварного U-образного сосуда, образованного двумя преимущественно вертикально ориентированными цилиндрическими баллонами соединенными снизу сваркой отводами с двумя горловинами в верхней части.
На обеих горловинах корпуса имеется резьба для навинчивания крышек, к одной из которых прикручивуются штуцера трубопроводов компонентов огнетушащего вещества, а к другой - пусковой механизм устройства газогенератора (фиг. 1,6)
Цилиндрические, соединенные снизу отводами баллоны U-образного корпуса вверху соединяет газоперепускная труба, предназначенная для перераспределения давления газа между частями корпуса в равных пропорциях. К трубе приваривается ручка огнетушителя 2.
В нижней части корпуса приварены оси 3, к которым крепятся колеса огнетушителя 4. К осям также приваривается упор огнетушителя 25.
Корпус 1 выполняют из нержавеющей стали AISI 304, стойкой к воздействию пенообразующего раствора, снаружи окрашивают порошковой краской. Крышки 5 и 6 и механизмы огнетушителя выполняют из нержавеющей стали.
U-образный корпус огнетушителя 1 рассчитывают на рабочее внутреннее давление 1 МПа, и испытывают пробным давлением 1,5 МПа.
Емкость компонента Б 12 предназначена для хранения компонента Б -отвердителя пенообразующего раствора, представляющего собой водный раствор уксусной кислоты «ЛХЧ»: вода - 50%, уксусная кислота «ЛХЧ» - 50%. Емкость компонента Б 12 расположена внутри корпуса с компонентом А и взаимодействует снаружи с щелочной средой компонента А.
Емкость компонента Б 12 представляет собой эластичный пакет, выполненный в виде цилиндра оптимальным объемом 3,6 л из поливинилхлоридного материала (ПВХ), нейтрального к воздействию кислотной и щелочной среды.
В емкости компонента Б 12 встроен клапан, с внутренней резьбой, в которую ввинчивается переходник на канал компонента Б.
Запорно-пусковое устройство 22 представляет собой присоединенное к трубопроводам компонентов А и Б устройство, в состав которого входят два запорных клапана со штоками 35 и 36. Через клапан с штоком 35 в ствол подается компонент А, находящийся в корпусе огнетушителя, а через клапан со штоком 36 - компонент Б, находящийся в эластичной емкости 12.
Клапаны компонентов А и Б конструктивно могут быть конструктивно идентичными и отличаться только длиной штоков. Шток клапана 35 на 2.5 мм длиннее штока клапана 36 (фиг. 9), что обеспечивает первоочередное открытие клапана 35 и первоочередную подачу в ствол компонента А при начале использования огнетушителя и первоочередное открытие клапана 35 и первоочередное прекращение подачи компонента Б в ствол при окончании использования огнетушителя
На штоки клапанов может давить поршень рычага 34 запорно-пускового устройства, который монтируется к ручке 33 запорно-пускового устройства посредством болта и гайки через проушину.
За счет разности длины штоков в начале использования огнетушителя сначала приводится в поступательное движение шток клапана компонента А и открывает канал компонента А, который под давлением начинает поступать из корпуса 1 в ствол 23.
После смещения штока клапана 35 компонента А на 2,5 мм поршень 34 запорно-пускового механизма начинает давить на шток клапана 36 компонента Б, открывая трубопровод компонента Б, который начинает поступать под действием давления из емкости компонента Б 12 в корпусе через штуцер и запорно-пускового устройство и в ствол 23.
Таким образом, в камеру смешения ствола 23 раздельно и в определенной последовательности поступают компоненты А и Б, смешиваются в стволе и на выходе из камеры смешения смесь компонентов А и Б насыщается потоком эжектируемого в ствол воздуха и вспенивается.
На выходе из ствола 23 образуется поток низко и среднекратной быстротвердеющей пены вспененного геля кремнезема, состоящий из смеси компонентов А, Б и воздуха, который попадая на очаг возгорания образует огнетушащую и взрывопредупреждающую быстротвердеющую пену (фиг. 8).
Механизм пускового устройства газогенератора приводится в действие ударом по кнопке газогенератора 16. Боек газогенератора 17, ввинченный в крышку газогенератора 9, ударяет по капсюлю газогенератора и приводит его в действие. Для достижения рабочего давления в корпусе огнетушителя 1 требуется не менее 5 секунд.
В результате сгорания газогенерирующего вещества происходит выделение газа продуктов сгорания твердотопливного патрона газогенератора и давление внутри корпуса 1 повышается до 0,8-1,0 Мпа.
Под воздействием создаваемого газогенератором давления в корпусе происходит вытеснение компонента А через сифонную трубку 13 в трубопровод компонента А 14.
Создаваемое газогенератором давление в корпусе также воздействует на пакет ПВХ 12, откуда происходит вытеснение компонента Б в трубопровод компонента Б 15, расположенный внутри трубопровода компонента А.
Потоки компонентов А и Б не смешиваются внутри трубопроводов, обеспечивая раздельную подачу компонентов А и Б в запорно-пусковое устройство.
При открытии запорно-пускового устройства происходит выброс компонентов А и Б в ствол 23, где они смешиваются.
Полученная бинарная смесь компонентов А и Б, проходя через ствол с отверстиями, за счет эжектирования воздуха вспенивается и образуется воздушно-пенная смесь, которая в виде сплошного потока быстротвердеющей пены вылетает из ствола и направляется в очаг пожара
Огнетушитель работает следующим образом.
Для приведения огнетушителя в рабочее состояние необходимо быстрым движением выдернуть чеку 24 из пускового устройства газогенератора, и ударить по кнопке газогенератора, которая приводит в действие боек патрона газогенератора.
Боек ударяет по капсюлю и приводит в действие газогенератор, твердотопливный материал газогенератора воспламеняется и сгорая, выделяя газообразные продукты сгорания, создающие внутри герметичного корпуса избыточное давление, обеспечивающее вытеснение компонентов А и Б из корпуса в трубопроводы компонентов А и Б, в запорно-пусковое устройство и в ствол.
Для достижения рабочего давления в корпусе огнетушителя в результате сгорания твердотопливного материала газогенератора обычно требуется не менее 5 секунд.
Для приведения в действие огнетушителя и начала его использования необходимо направить ствол 23 в сторону очага возгорания и нажать рычаг 34 запорно-пускового устройства, прижимая его к ручке 33.
Поршневая часть рычага 34 первоначально надавливает на шток клапана 35 компонента А и открывает канал подачи компонента А.
Давлением газов продуктов сгорания твердотопливного материала газогенератора внутри корпуса компонент А вытесняется через сифонную трубку 12 в трубопровод компонента А 14, а затем в запорно-распределительное устройство 22 и в ствол 23.
За счет разности высоты штоков клапанов 35 и 36 компонент А первым проходит через запорно-распределительное устройство и первым попадает в ствол 23.
Затем поршневая часть рычага 34 начинает воздействовать на шток клапана 36 компонента Б и открывает трубопровод компонента Б.
Давление газов продуктов сгорания твердотопливного материала газогенератора внутри корпуса сжимает эластичную емкость с компонентом Б 12 и компонент Б начинает поступать в трубопровод компонента Б 15, затем в запорно-распределительное устройство и в ствол 23.
Смешивание компонентов А и Б происходит в стволе. Полученная смесь компонентов А и Б проходя через ствол 23 с отверстиями в боковых стенках за счет эжектирования в ствол воздуха вспенивается и распыляется с образованием воздушно-пенной смеси, которая в виде сплошного потока вылетает из ствола 23 в виде потока быстротвердеющей пены вспененного геля кремнезема подается в очаг пожара.
Для прекращения использования огнетушителя отжимают рычаг 34 от ручки 33 и при этом сначала прекращается подача в запорно-пусковое устройство и в ствол 23 компонента Б, а при полностью отжатом рычаге 34 прекращается и подача компонента А.
Таким образом обеспечивается возможность многократного включения/выключения огнетушителя и его многократного периодического использования до полной выработки объемов компонентов А и Б.
После полного использования объемов компонентов А и Б огнетушитель подлежит перезарядке пенообразующим раствором в корпусе (компонент А) и отвердителем пены в эластичном емкости ПВХ 12 (компонент Б), что может производится только на предприятии изготовителе.
После использования компонентов огнетушащего вещества и исчезновения избыточного давления внутри корпуса огнетушителя заменяют газогенерирующее устройство, которое ввинчивают в соответствующий переходник.
Установка и переноска огнетушителя допускается только в вертикальном положении, донышком вниз, крышками вверх.
При тушении пожара огнетушитель может обслуживать один-два человека.
Для приведения огнетушителя в действие необходимо:
- взявшись за ручку огнетушителя, подкатить его к месту пожара на расстояние 5-6 метров от очага с наветренной стороны, корпус огнетушителя не наклонять более чем на 45°;
- размотать шланг огнетушителя, взявшись за ручку запорно-пускового устройства огнетушителя, не нажимая на рычаг;
- выдернуть чеку пускового устройства газогенератора и ударить по кнопке газогенератора;
- через 5 секунд начать тушение пожара, для чего направить ствол огнетушителя в сторону пожара и нажать большим пальцем руки на рычаг запорно-пускового устройства;
- направить пенную струю на очаг пожара начиная с ближайшей границы очага пожара;
К техническому обслуживанию огнетушителя может допускаться персонал, изучивший устройство огнетушителя и правила его эксплуатации, а также правила обращения с газогенерирующими устройствами.
Разбирать огнетушитель после использования можно только после полного стравливания давления из корпуса огнетушителя.
Подтягивать резьбовые соединения при наличии давления воздуха в корпусе огнетушителя категорически запрещается.
Огнетушитель должен храниться в удалении от нагревательных приборов, на расстоянии не менее 1 метра.
Огнетушитель, срок эксплуатации которого превышает 5 лет, использовать запрещается.
В случае попадания ОТВ на электрооборудование, находящееся под напряжением его необходимо обесточить, так как раствор является электропроводным.
Заряженный огнетушитель необходимо транспортировать в вертикальном положении днищем вниз.
При обращении с генераторами газа запрещается наносить по ним удары, бросать, производить разборку, нагревать до температуры более 60°С.
Запрещается использовать для установки в огнетушитель генераторы газа, имеющие дефекты, нарушающие целостность корпуса.
В огнетушитель можно устанавливать только те генераторы газа, которые для него предназначены.
Сборка генератора газа с пусковым устройством должна производиться только при наличии установленной предохранительной чеки.
Огнетушитель работоспособен в диапазоне положительных температур окружающей среды 5÷50°С и относительной влажности воздуха до 100%, в умеренном и тропическом климате.
Химический процесс получения вспененного геля кремнезема и пенокерамического материала на основе обезвоженного вспененного кремнезема включает стадию формирования золя кремнезема и стадию вспенивания золя кремнезема с образованием вспененного геля кремнезема и высвобождением воды, а также стадию обезвоживания вспененного геля кремнезема с получением твердого пенокерамического материала на основе вспененного кремнезема.
Формирование золя кремнезема происходит в результате смешения и взаимной гомогенизации смеси водного раствора силиката щелочного металла, преимущественно силиката натрия, и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, (компонент А), и активатора золеобразования кремнезема (компонент Б).
Переход силиката щелочного металла, далее в преимущественном варианте - силиката натрия, в кремнезем обусловлен химической реакцией гидролиза силиката натрия в водной среде в присутствии активатора золеобразования с образованием кремниевой кислоты
и последующей конденсации кремниевой кислоты, способствующей зародышеобразованию дисперсной фазы золя кремнезема и высвобождению воды
Влияние активатора золеобразования на полимеризацию сформированных мономеров кремнезема и ограничение этой стадии процесса от дальнейшего гелирования определяется показателем размера гидродинамического радиуса частиц в диапазоне до 50 нм, так как известно, что увеличение концентрации и размеров дисперсной фазы приводит к появлению коагуляционных контактов между частицами и началу структурирования
Как показали исследования авторов в качестве активатора золеобразования кремнезема из силиката щелочного металла (компонента Б) целесообразно использовать кислые растворы с рН от 0,5 до 5, например, водный раствор - от 20 до 60%, преимущественно от 30-50%-ный водный раствор уксусной кислоты
Объемное соотношение компонентов А и Б составляет от 15:1 до 6:1, преимущественно 10:1.
Компоненты А и Б смешивают и вспенивают в эжекторном смесителе-пеногенераторе показанной на фиг. 3 конструкции с образованием быстротвердеющей пены кремнезема с кратностью 2-60 с протеканием в пенной среде реакций золеобразования кремнезема и поликонденсации золя кремнезема с золь-гель переходом кремнезема с получением вспененного геля кремнезема с набором его твердости при использовании указанных выше компонентов в указанном соотношении в течение от 1 секунды до 1,5 минут и изменением его объема не более 10% в течение 24 часов.
В результате естественного или принудительного выделения влаги из вспененного геля кремнезема получается твердый пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема, который при сохранении вспененной структуры обладает термостабильностью при воздействии температуры не менее 1000°С до 60 минут, что позволяет использовать полученный вспененный гель кремнезема и пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема в качестве огнетушащего средства при взрывопожаропредотвращении, в том числе для тушения и локализации лесных пожаров путем создания огнестойких пенных заградительных полос, в качестве изолирующего материала в строительстве и в иных отраслях промышленности, для локализации радиационно опасных участков местности и аварийных проливов АХОВ, для пожаровзрывопредотвращения при аварийном розливе расплавленных металлов, таких как медь, алюминий и др.
Как показали исследования авторов, смешивание компонентов А и Б целесообразно проводить одновременно с вспениванием смеси компонентов А и Б, например, в стволе эжекторного смесителя-пеногенератора показанной на фиг. 3 конструкции.
Получаемая быстротвердеющая пена вспененного кремнезема обладает хорошей адгезией к различным объектам пожаротушения, в том числе к вертикальным металлическим поверхностям, и высокой структурно-механической стойкостью к неблагоприятному воздействию на нее внешних факторов, такие как тепловые потоки и ветер.
Концентрации и условия взаимного диспергирования силиката щелочного металла и активатора золеобразования кремнезема, а также концентрации силиката натрия, химические свойства пенообразующего поверхностно-активного вещества оказывают существенное влияние на процесс золеобразования и пенообразования при вспенивании, в связи с чем выбор концентраций и конкретных компонентов пенообразующего поверхностно-активного вещества и активатора золеобразования кремнезема могут изменяться в конкретных случаях.
Как показали проведенные авторами исследования смешивание компонентов и вспенивание смеси с образованием вспененного геля кремнезема целесообразно осуществлять в диапазоне времени от 1-5 секунд, в течение которого осуществляется набор механической прочности геля с образованием субтвердой массы вспененного кремнезема с вязкостью до 100Па⋅с, что, как известно, соответствует понятию - твердого состояния вещества.
Кроме этого, в пределах именно этого диапазона времени обычно осуществляется подача на очаг пожара пен с расстояния до 10 м и более.
Рост мономерных цепочек кремнезема в результате поликонденсации частиц золя кремнезема приводит к увеличению их среднего гидродинамического радиуса и, следовательно, к увеличению коагуляционных контактов между наночастицами золя кремнезема.
В связи с высокой гомогенизацией смеси раствора силиката щелочного металла с поверхностно-активным веществом и раствора активатора золеобразования в процессе одновременного смешивания и вспенивания в эжекторном смесителе-пеногенераторе на стадии формирования золя кремнезема, достижение энергетического барьера, определяющего возможность химического взаимодействия отдельных мономеров золя кремнезема через равновесную по толщине прослойку стенок пены как дисперсионной среды, происходит во всем объеме вспененной смеси компонентов с достаточно высокой гомогенностью.
Это позволяет с достаточно высокой скоростью обеспечить переход смеси растворов из состояния золя кремнезема в гель кремнезема с образованием быстротвердеющего вспененного геля кремнезема.
Дальнейшая поликонденсация частиц золя кремнезема в гель кремнезема в пене приводит к высвобождению химически связанных молекул воды и уплотнению сформировавшегося неорганического полимера вспененного кремнезема с высвобождением воды и обезвоживанием.
Внешние факторы, например, воздействие высокой температуры при пожаре, могут ускорять стадию высвобождения воды и обезвоживания, причем увеличение термостабильности неорганического полимера кремнезема будет пропорционально количеству высвобождающихся химически связанных молекул воды, что в конечном итоге способствует повышению огнетушащей способности вспененного кремнезема.
В результате детально описанного физико-химического процесса получается вспененный гель кремнезема, который по результатам проведенных авторами исследований в необезвоженном состоянии обладает следующими основными свойствами и характеристиками:
содержит, мас. %, 13-65%, преимущественно 20-50% кремнезема, 1-15%, преимущественно 6% пенообразующего поверхностно-активного вещества, вода-остальное;
3
имеет объемную массу 0,1-0,8 г/см;
имеет объемную устойчивость не менее 22 часов при изменении объема не более 10%.
В обезвоженном состоянии вспененный гель кремнезема
3и
имеет объемную массу 0,05-0,1 г/см
сохраняет не менее 95% объемной формы при нагреве до температуры 1000°с в течении не менее 40 минут;
2
имеет микро- и макропористую структуру с удельной площадью поверхности не менее 20 м/гр;
имеет пластичную структуру геля с кратностью от 2 до 20;
имеет твердость по показателю вязкости более 100Па⋅с;
имеет белый или желтовато-белый цвет.
Вспененный гель кремнезема в преимущественном варианте реализации изобретения получают смешением и эжекционным вспениванием смеси водного раствора 10-70%, преимущественно 20-50%, силиката натрия, и 1-15%, преимущественно 6%, синтетическим углеводородным пенообразователем, с 1 до 6%, преимущественно 20 до 50-ти %ного водного раствора уксусной кислоты, при массовом соотношении водного раствора силиката натрия с пенообразующим поверхностно-активным веществом и водного раствора уксусной кислоты от 15:1 до 5:1, преимущественно 10:1.
Вспененный гель кремнезема получается на основе водного раствора золя кремнезема, сформированного в процессе гидролиза вспененной смеси раствора силиката натрия с пенообразователем с рН от 10,5 до 12,0 и активатора золеобразования с рН от 1 до 5 при использовании раствора кислоты или с с рН от 3 до 8 при использовании раствора соли, с гидродинамическим радиусом частиц кремнезема не более 50 нм при эжекционном вспенивании раствора золя кремнезема в процессе роста мономеров кремнезема до среднего диаметра золя кремнезема 100 нм с набором механической прочности по показателю динамической вязкости от 20 мПа⋅с до 100 Па⋅с в диапазоне времени 1-10 секунд.
Указанные общие и преимущественные технологические параметры определены в результате проведенных авторами исследований, при этом при получении вспененного золя кремнезема могут быть также использованы растворы силикатов щелочных и щелоземельных металлов, в частности силикат натрия, как наиболее распространенный силикат щелочных металлов в промышленном производстве, а также могут быть использованы пенообразующие поверхностно-активные вещества различных марок, в частности пенообразователи для пожаротушения марок ПО-6ЦТ, «Файрекс», НСВ, ПО-6 ТФ и другие, удовлетворяющие условиям сохранения стабильности во времени, находясь в смеси с водным раствором силикатом натрия и не изменяя своего химического состава;
2
2
2
2
3
Растворимый силикат щелочных металлов лития, калия, натрия, обычно называемый «жидкое стекло», представляет собой вязкую жидкость с общей химической формулой R О⋅mSiO⋅nHO (где RО - оксид щелочного металла, m - модуль жидкого стекла) с плотностью 1400-1500 кг/м и коэффициентом динамической вязкости до 1 Па⋅с.
3
3
Жидкое натриевое стекло смешивается с водой в любых соотношениях и при содержании в огнетушащем составе в указанном количестве (10-70%, преимущественно от 20 до 70%) изменяет вязкость раствора от 6 мПа⋅с до 40 мПа⋅с при изменении плотности раствора с 1020 кг/м до 1250 кг/м.
В указанном диапазоне концентрации жидкого стекла в составе водного раствора вязкость раствора увеличивается в 4-500 раз по сравнению с вязкостью воды (0,001 Па⋅с, 20°С). Такое изменение вязкости водных растворов, используемых для тушения пожаров, практически недостижимо при использовании органических или неорганических загустителей.
Кроме того, при растворении жидкого стекла в воде существенно повышается плотность раствора, что способствует увеличению кинетической энергии движения струи огнетушащего раствора или пены по сравнению с энергией струи воды, направленной в очаг горения с одинаковой скоростью. Дальность полета струи огнетушащего раствора или пены при этом также увеличивается.
2
2
При приготовлении предлагаемого огнетушащего средства необходимо использовать жидкое стекло с модулем m=SiO/RO=2,5-3,2. Данный выбор диапазона установлен исходя из экономической целесообразности использования наиболее распространенных и доступных композиций жидкого стекла.
Обозначенный интервал силикатного модуля позволяет значительно удешевить его производство, оказывая положительный экономический эффект на создаваемый продукт. Однако, допускается использование иного модуля с небольшим отклонением от установленного в диапазоне ±0,5.
Этот интервал охватывает практически все виды жидких стекол, выпускаемых промышленностью.
Срок хранения раствора жидкого стекла в герметичных металлических емкостях практически неограничен и не вызывает коррозии металла.
Подбор концентрации реагентов исходил из условий, что набор твердости вспененного субстрата из золя кремнезема при переходе в состояние геля сопровождался набором вязкости до 100 Па⋅с за установленный интервал времени 1-10 секунд.
Нижнее значение установленного интервала времени (1 с) определена исходя минимально возможного времени гомогенизации смеси растворов с одновременным вспениванием.
Верхнее значение установленного интервала времени (10 секунд) определено экспериментально на основе визуального наблюдения ухудшения структурно-механических параметров пены на объектах пожаротушения.
При интенсивной гомогенизации смеси компонента Б (преимущественно водного раствора уксусной кислоты) и компонента А, состоящего из водного раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ) и силиката щелочного металла, может быть получен золь кремнезема, перспективный для получения вспененного геля кремнезема, однако ключевыми параметрами в данном случае являются концентрации силиката и активатора золеообразования, условия смешивания и вспенивания компонентов, которые определены авторами экспериментально.
При исследованиях учитывали такие показатели как стабильность вспененного материала, структура вспененного материала, кратность вспененного материала, огнетушащие свойства и термостойкость материала.
Стабильность характеризуется периодом времени, в течение которого пены не изменяли своего объема (т.е. уменьшение объема 10%).
Структура вспененного материала оценивалась визуально после затвердевания и сушки (примерно через 3 дня при температуре 25±5°С).
Кратность пены, определялась весовым методом.
Огнетушащие. свойства - временем тушения модельного очага пожара 1А.
Термостойкость - сохранением материалом структуры и свойств при нагреве до определенной температуры, выше которой начинается частичное подплавление поверхностного слоя и его уплотнение.
В основу функционирования обычных огнетушителей заложены один или более из следующих трех принципов действия:
1) водная основа: распыляемая подача воды для заливки языков пламени и охлаждения зоны горения до температуры ниже точки воспламенения с целью недопущения распространения пламени;
2) сухой порошок или пена: окружение зоны возгорания влажной пеной или сухим порошком с целью ограничения языков пламени, блокирования горения кислорода и, в результате, погашения языков пламени;
3) предотвращение поступления кислорода в зону возгорания или вытеснение кислорода из зоны возгорания с созданием условий, при которых горение продолжаться не может.
Отличительной характерной особенностью предлагаемого огнетушителя для взрывопожаропредотвращения и твердопенного тушения, далее - «огнетушителя» или «огнетушителя твердопенного тушения», является возможность получения вспененного геля кремнезема, образующего быстротвердеющую пену низкой и средней кратности, получаемую путем смешения эжекционного смешивания и вспенивания размещаемых в корпусе огнетушителя жидких компонентов огнетушащего вещества: компонента А - водного раствора смеси силиката щелочного металла, преимущественно силиката натрия, и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, и компонента Б - активатора золеобразования кремнезема в виде водного раствора преимущественно уксусной кислоты.
Огнетушащим средством предлагаемого огнетушителя является вспененный гель кремнезема, образующий быстротвердеющую пену, получаемую путем смешивания двух жидких компонентов огнетушащего вещества - компонента А и компонента Б и эжекционного вспенивания их смеси атмосферным воздухом.
Компонент А представляет собой водный раствор смеси силиката щелочного металла, преимущественно силиката натрия и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, с рН от 10,5 до 12,0, при соотношении, мас. %, 10-70%, преимущественно 20-50% силиката натрия, 1-15%, преимущественно 6% пенообразующего поверхностно-активного вещества, 30-79% - воды.
Компонент Б - водный раствор активатора золеобразования кремнезема из силиката щелочного металла представляет собой от 20 до 60%, преимущественно от 30-50%-ный водный раствор преимущественно уксусной кислоты с рН от 0,5 до 5.
Объемное соотношение компонентов А и Б составляет от 15:1 до 6:1, преимущественно 10:1.
Смесь компонентов А и Б вспенивается атмосферным воздухом в эжекторном смесителе-пеногенераторе с образованием быстротвердеющей пены кремнезема (вспененного геля кремнезема) с протеканием в пенной среде реакций золеобразования кремнезема и поликонденсации золя кремнезема, с золь-гель переходом кремнезема и с получением вспененного геля кремнезема с набором его твердости в течение от 2 секунд до 2 минут и изменением его объема в затвердевшем состоянии не более 10% в течение 24 часов.
В результате выделения избыточной влаги из вспененного геля кремнезема получается твердый пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема, который при сохранении вспененной структуры обладает термостабильностью при воздействии температуры не менее 1000°С до 60 минут, что позволяет использовать полученный вспененный гель кремнезема и пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема в качестве эффективного огнетушащего средства при тушении и взрывопожаропредотвращении, в том числе путем создания огнестойких пенных заградительных полос.
2
При необходимости получаемая твердая пена (твердый пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема) может быть механически разрушена с получением мелкодисперсного порошка кремнезема, по химической сути - экологически безопасного мелкодисперного обычного песка SiO.
Таким образом борьба с пламенем посредством вспененного геля кремнезема, образующего быстротвердеющую термостойкую неорганическую пену осуществляется посредством эффективной комбинации всех факторов, совмещающих индивидуальные преимущества различных типов известных огнетушителей.
Конкретные технические преимущества предлагаемого огнетушителя для взрывопожаропредотвращения и твердопенного тушения заключаются в следующем:
1) свободная, физически и химически связанная вода вспененного,геля кремнезема понижает температуру зоны возгорания, поглощая латентное тепло и способствуя гашению огня;
2) вспененный гель кремнезема формирует отличный термостойкий и теплоизоляционный слой, ограничивая горячую зону возгорания, которая, несмотря на охлаждение вследствие процесса (1), может излучать тепло, распространяя его на прилегающие охлажденные водой зоны;
3) твердая пена кремнезема формирует покрывной слой в виде защитного теплогазоизолирующего огнестойкого покрытия, предотвращающего любое возгорание горючего материала данной зоны, оказавшегося под этим покрывным слоем;
4) твердая пена кремнезема с наноразмерными частица кремнезема создает между горючим материалом, еще не охваченным огнем, и кислородом прилегающей атмосферы барьер для кислорода, необходимого для того, чтобы произошло возгорание;
5) наноразмерные частицы кремнезема за счет образования объемной решетчатой структуры не только хорошо удерживают воду, но и обеспечивает прилипание тонкодисперсных частиц кремнезема к объекту пожаротушения, а быстротвердеющая пена, в отличие от воды и обычной жидкой воздушно-механической водяной пены, которая стекает с вертикальных, наклонных и неровных поверхностей обеспечивает формирование твердопенного теплогазоизолирующего барьера.
Огнетушитель поставляется заряженным в герметичном корпусе огнетушителя двухкомпонентным пенообразующим раствором (компонентом А) и активатора золеобразования кремнезема в расположенном внутри корпуса огнетушителя эластичном пакете (компонентом Б).
Заправка огнетушителя компонентами пенообразующим
двухкомпонентным раствором производится на предприятии изготовителе.
Извлекать и вскрывать пакет с компонентом Б, а также смешивать его с компонентом А пользователям огнетушителя запрещается во избежание несчастных случаев и порчи установки. На данные случаи гарантии изготовителя не распространяются.
Огнетушитель твердопенного тушения газогенераторный предназначен для тушения пожаров в начальной стадии их возникновения в закрытых помещениях и на открытых площадках при горении нефтепродуктов, резинотехнических изделий, изделий из синтетических материалов, спиртов, древесины, лакокрасочных материалов и других твердых и жидких углеродосодержащих материалов.
В качестве источника газа для создания рабочего давления внутри корпуса может использоваться генератор газа ГГ-10(Б)-02 способный создавать внутри корпуса давление 0,8 - 1 Мпа или иной аналогичный по функциональным возможностям газогенератор.
Основные технические характеристики предлагаемого огнетушителя для взрывопредотвращения и твердопенного тушения показаны в таблице 1.
Основные технические характеристики газового генератора ГГ-10(Б)-02 указаны в таблице 2.
Предлагаемый огнетушитель характеризуется оригинальной компоновкой корпуса огнетушителя U-образной формы.
Огнетушитель выполнен расположенным на двух колесах с упором для устойчивого вертикального положения, позволяющих удобно и эргономично перевозить и вертикально ориентировать огнетушитель при его хранении и использовании.
Оригинальная U-образная компоновка корпуса огнетушителя позволяет по сравнению в прототипом увеличить общий внутренний объем огнетушителя (с 10 до 30 л) при практически одной и той же габаритной высоте огнетушителя.
U-образная форма корпуса позволяет выполнять емкость для компонента Б в виде плоского пакета и размещать его внутри корпуса. Емкость для компонента Б может быть также выполнена в виде вертикально ориентированного пакета.
U-образная форма корпуса позволяет также на безопасном расстоянии от сифонной трубки компонента А и емкости для компонента Б разместить газогенератор, обеспечивая тем самым сохранность выполненных из полимерного материала сифонной трубки компонента А и емкости для компонента Б и невозможность их повреждения в результате высокотемпературного горения твердотопливного материала патрона газогенератора, обеспечивающего создание рабочего давления внутри корпуса огнетушителя.
Запорно-распределительное устройство огнетушителя предназначено для раздельной подачи компонентов А и Б огнетушащего вещества в ствол и для их последующего смешивания и вспенивания эжектируемым в ствол воздухом непосредственно в стволе.
Клапаны трубопроводов компонентов А и Б в запорно-распределительном устройстве могут быть выполнены конструктивно идентичными и могут отличаться только длиной штоков, обеспечивающих поочередное открытие/закрытие клапанов, а именно первоначальную подачу в ствол компонента А в начале использования огнетушителя и первоначальное прекращение подачу в ствол компонента Б в конце использования огнетушителя.
Это повышает надежность функционирования огнетушителя, предотвращает забивание ствола твердой пеной и обеспечивает возможность многократного включения/выключения огнетушителя до полной выработки компонентов огнетушащего вещества, что практически всегда невозможно в химических огнетушителях известных конструкций.
Штоки клапанов выполняют сопряженными с поршнем ручки запорно-пускового механизма.
За счет разности длины штоков сначала приводится в поступательное движение шток клапана компонента А, который давлением в корпусе обеспечивает поступление компонента А в трубопровод подачи компонента А., после чего поршень ручки запорно-пускового механизма начинает давить на шток клапана компонента Б, который открывает доступ компоненту Б в трубопровод компонента Б.
Запорно-распределительное устройство представляет собой механический привод приведения в действие огнетушителя посредством обеспечения последовательной подачи компонентов А и Б в ствол для их последующего смешения и вспенивания в стволе эжекторного смесителя-пенообразователя эжектируемым воздухом с образованием вылетающей из ствола быстротвердеющей пены при начале функционального использования огнетушителя, а также первоочередного прекращения подачи компонента Б в ствол при выключении огнетушителя.
Пусковой механизм запорно-распределительного устройства конструктивно может состоять из рычага, который состоит из двух функциональных частей: выжимной части в виде рукоятки и поршневой части в виде прямоугольного толкателя штоков клапанов компонентов А и Б.
Поршневая часть рычага закрепляется в проушине и стягивается болтом и гайкой.
Через отверстия в ручке и рычаге может продеваться предохранительная чека, предохраняющая огнетушитель от случайного срабатывания при случайном нажатии на рычаг.
Принцип действия запорно-пусковой механизм огнетушителя основан на механическом воздействии поршневой части рычага на штоки клапанов компонентов А и Б соответственно.
Воздействие происходит за счет прижимания выжимной части рычага к ручке, вследствие чего последовательно открываются проход компонентов А и Б в соответствующие трубопроводы.
Соответственно при отжимания выжимной части рычага от ручки обеспечивается последовательное закрытие прохода компонентов Б и А в соответствующих трубопроводах.
Выполненный в виде герметичного сосуда U-образной формы корпус огнетушителя предназначен для хранения в нем компонентов А и Б под атмосферным давлением, размещения на одной из крышек корпуса пускового устройства газогенераторного патрона для создания внутри корпуса избыточного давления при срабатывании газогенераторного патрона, посредством которого при функционировании огнетушителя обеспечивается подача компонентов А и Б из корпуса огнетушителя через соответствующие клапаны запорно-распределительного устройства в ствол как средство смешения и вспенивания смеси компонентов А и Б с получением огнетушащего вещества в виде быстротвердеющей пены вспененного геля кремнезема.
Для защиты от коррозии корпус огнетушителя может быть изнутри окрашен эпоксидным лакокрасочным покрытием, стойким к воздействию щелочного раствора компонента А, снаружи окрашен порошковой краской.
Крышки, распределительный и запорно-пускового механизмы и пусковое устройство газогенераторного патрона выполняют из нержавеющей стали.
Корпус огнетушителя рассчитывают на избыточное внутреннее рабочее давление 1 МПа, и испытывают пробным давлением 1,5 МПа.
Резервуар компонента Б предназначен для хранения раствора активатора золеобразования кремнезема раствора, представляющего собой кислотный раствор в виде раствор кислоты или раствор соли. Резервуар находится внутри корпуса компонента А и взаимодействует снаружи с щелочной средой.
Емкость компонента Б в предлагаемом огнетушителе представляет собой эластичный пакет, выполненный из ПВХ в виде тюбика требуемым объемом из материала, нейтрального к воздействию кислотной и щелочной среды, например из поливинилхлорида.
Определения огнетушащей эффективности предлагаемого огнетушителя твердопенного тушения проводили по методике при тушении модельного очага пожара 1А в соответствии с ГОСТ 51057-2001.
Испытания проводили на открытом воздухе при температуре, соответствующей диапазону температур эксплуатации используемого огнетушителя, и скорости ветра, не превышающей 5 м/с, при отсутствии осадков.
Повышение надежности функционирования огнетушителя обеспечивается выполнением запорно-пускового механизма и распределительного устройства с возможностью первоочередной подачи в средство смешивание-вспенивания компонента А и смешивания компонентов А и Б непосредственно в средстве вспенивания, а именно в выполнены с возможностью при начале функционирования огнетушителя последовательной подачи в средство смешивания-вспенивания огнетушащего вещества компонента А и затем компонента Б, а при окончании функционирования огнетушителя последовательного прекращения подачи в средство распыления и вспенивания огнетушащего вещества компонента Б и затем компонента А. Этим не только полностью предотвращается возможность затвердевания вспененного геля кремнезема внутри трубопровода подвода огнетушащего средства к средству вспенивания и внутри средства смешивания-вспенивания, но и обеспечивается возможность неоднократного включения/выключения огнетушителя и его многократное нормальное использование до полной выработки зарядов компонентов А и Б.
Практические испытания возможности достижения технического результата и промышленной реализации способа устройства проводили на открытом воздухе при температуре, соответствующей диапазону температур эксплуатации используемого огнетушителя, и скорости ветра, не превышающей 5 м/с, при отсутствии осадков (фиг. 2-4).
Модельный очаг пожара 1А по ГОСТ 51057-2001 представлял собой деревянный штабель в виде куба, размещенный на твердой опоре таким образом, что расстояние от основания штабеля до опорной поверхности составляло 400 мм.
В качестве горючего материала использовали 72 бруска хвойных пород не ниже третьего сорта по ГОСТ 8486-86 сечением 40 мм, длиной 500 мм, влажностью 10-20%.
2
Штабель содержал 12-ть слоев по 6 брусков в каждом слое, выложенных так что бруски каждого последующего слоя располагались перпендикулярно к брускам нижележащего слоя с образованием по всему объему штабеля каналов прямоугольного сечения. Площадь свободной поверхности модельного очага составляла 4,7 м
3
3
Под штабелем располагали металлический поддона для горючей жидкости размером 400×400×100 мм, в который наливали 5,0 дм для образования сплошной ровной поверхности и 1,1 дм бензина летнего вида, соответствующего требованиям ГОСТ Р 51105-97.
Поддон с горючей жидкостью помещали под штабель таким образом, что центры штабеля и поддона совпадали.
Поджигали бензин в поддоне и через 8-10 минут с момента начала горения, когда штабель со всех сторон охватывался пламенем, приступали к тушению модельного очага пожара различными огнетушащими средствами.
Во время тушения очагу пожара придавали вращение со скоростью 3-5 об/мин, что позволяло подавать огнетушащие вещества на каждую сторону очага последовательно и без вмешательства оператора с исключаем влияние человеческого фактора.
Тушение с использованием предлагаемого огнетушителя твердопенного тушения проводили с подачей быстротвердеющей пены из вспененного геля кремнезема с расходом 0,9-1,1 л/с при давлении 0,7-0,8 МПа при расстоянии от ствола до очага пожара 4-6 м. Огнетушитель устанавливали стационарно.
После визуально наблюдаемого окончания тушения модельного очага различными огнетушащими составами фиксировали время до повторного воспламенения.
Модельный очаг пожара считали потушенным, если в течение 10 мин не произошло повторного воспламенения с последующим устойчивым горением штабеля.
Натурные испытания показали также возможность оперативного покрытия быстротвердеющей пеной вспененного геля кремнезема поверхностей аварийных розливов горючих жидкостей и врывоопасных объектов обеспечивая резкое в течение нескольких секунд снижение скорости испарения горючих жидкостей и нагрев врывоопасных объектов, что обеспечивает быстрое и эффективное взрывопожаропредотвращение и тушение пожара в самом начале аварийных ситуаций.
Таким образом, использование предлагаемого огнетушителя для взрывопредотвращения и твердопенного тушения обеспечивает уверенное достижение технического результата, а именно существенно повышает надежность функционирования огнетушителя и эффективность пожаротушения быстротвердеющей пеной из вспененного геля кремнезема, а также доказывает, что все существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом, получаемым от использования изобретения.
Конкретные материалы, особенности конструкции и технологии изготовления огнетушителя и/или его отдельных деталей выбирают обычным образом применительно к конкретным условиям его эксплуатации.
Изготовление опытных образцов и показанные выше примеры испытаний в реальных условиях показали уверенное достижения технического результата.
В качестве отдельных элементов и узлов предлагаемого огнетушителя твердопенного тушения могут быть использованы различные известные в технике пожаротушения, материалы и конструктивные решения, обычно применяемые при изготовлении и применении огнетушителей.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.
Учитывая новизну существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, успешное решение поставленной изобретательской задачи и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленное изобретение удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.