Способ и устройство для пожаротушения

 

Сущность изобретения: способ заключается в том, что воду аккумулируют в предназначенном для нее сосуде, а рабочий газ - отдельно от нее в баллоне высокого давления. Обе среды подают в распылительную камеру и превращают в аэрозоль. Дополнительно аккумулируют рабочий газ под давлением в накопительной камере и подают его через трубопровод, быстродействующий клапан, систему сопел в воду под атмосферным давлением. Воду аккумулируют в распылительной камере, дробят ее и выбрасывают через насадок, при этом образуют огнетушащую смесь, состоящую из мельчайших частиц не коагулирующих между собой. Устройство характеризуется также тем, что площади поперечного сечения трубопровода, соединяющего накопительную камеру с системой сопел, и проходного сечения быстродействующего клапана превышают суммарную площадь минимальных диаметров сопел. Накопительная камера через редуцирующее устройство, трубопроводы и быстродействующий клапан соединена с баллоном высокого давления рабочего газа. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу тушения пожара и устройствам для реализации способа, предназначенным для тушения пожаров с помощью стационарного, передвижного или переносного противопожарного оборудования, в частности, в квартирах, жилых и нежилых помещениях.

Противопожарные устройства, работающие на основе воды, известны и широко применяются, так как огнетушащее вещество доступно, недорого и экологически чисто. Гасительное действие выброса противопожарного устройства базируется на эффекте охлаждения за счет испарения воды и зависит от развитости площади его поверхности, контактирующей с пламенем, то есть размером частиц и скорости их истечения. Горение прекращается вследствие снижения температуры и с точки зрения эффективности тушения по расходу воды оптимальный диаметр капель составляет 100-200 мкм. С помощью сопел вода распыляется на капельки размером 30-1000 мкм и распределяется в виде конуса распыла. Капельки за счет своего собственного веса попадают в очаг горения. Если размер капель меньше 100 мкм, то в этом случае за счет теплового противодавления и малой скорости их движения они не могут продвигаться вперед до очага горения, поэтому их доля в охлаждении использована быть не может. Запуск спринклерных устройств может производиться с помощью сжатого воздуха или электронного программного устройства [1] Для надлежащей защиты площади горения необходимы перекрывающиеся конусы распыла с площадью примерно 9 м², поэтому известные противопожарные установки требуют дополнительного расхода труб и сопел. На основании размера капелек время гашения получается равным 60-120 с, что влечет за собой большой расход воды с обусловленными им возможными последующими повреждениями.

Эффективность использования воды при тушении очень низка, поскольку не удавалось разработать простое в применении распыляющее устройство, позволяющее сформировать огнетушащую смесь с требуемыми параметрами (угол раскрытия, скорость истечения, размер капель и дальнобойность), которое бы значительно повысило огнетушащую эффективность воды.

В качества прототипа предлагаемого способа по совокупности общих признаков выбран способ и устройство для тушения пожаров водой, при котором пожар ликвидируется с небольшим расходом воды, а также с небольшим расходом трубопроводов и сопел [2] Способ пожаротушения включает тушение пожара на основе воды и рабочего газа. Вода аккумулируется в предназначенном для нее сосуде, а рабочий газ отдельное от нее в баллоне высокого давления. После открытия быстродействующих клапанов вода из сосуда с помощью рабочего газа из баллона высокого давления, сниженного до 1 МПа, а также рабочий газ под давлением, как минимум, в 3 МПа вместе подводятся к функционирующему на "принципе газогенератора" распылителю и там превращаются в однородную водяную аэрозоль, чтобы затем, после выхода из распылительных сопел, в виде свободной струи водяной аэрозоли с размером капелек максимум 2 мкм, попасть прямо в очаг пожара и ликвидировать его. При этом свободная струя водяной аэрозоли выходит со скоростью 20-40 м/с, капельки воды ввиду высокой кинетической энергии на расстоянии свыше 10 м попадают в зону горения, испаряются там и отводят из очага пожара тепловую энергию и, следовательно, способствуют тушению огня.

К недостаткам способа стоит отнести невысокую скорость истечения огнетушащей смеси и, как следствие, малую кинетическую энергию движущихся мельчайших частиц. Это обусловлено тем, что полученный в распылительной камере работающей на принципе газогенератора аэрозоль (огнетушащая смесь) проходит через трубопроводы и сопла, сопротивления которых снижают его скорость.

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит один или несколько баллонов рабочего газа, которые через переключаемые электронные или иные быстродействующие клапаны соединены с работающей на принципе газогенератора камерой распылителя непосредственно и, с другой стороны, с помощью короткого трубопровода и редуцирующего клапана, понижающего давление, соединены с резервуаром с водой, на входе которого находится также быстродействующий клапан и другой короткий трубопровод, подключенный к камере распылителя, соединенной с распылительными соплами [2] К резервуару с водой возможно подключение внешней водопроводной сети.

К недостаткам устройства необходимо отнести большой расход трубопроводов и сопел, а также воды и рабочего газа, так как система остановится, когда израсходует рабочий газ или воду.

При помощи заявляемого способа и устройства решается задача повышения эффективности пожаротушения, экономичности использования воды и рабочего газа за счет увеличения кинетической энергии факела распыла.

Задача решается за счет аккумулирования воды и рабочего газа в отдельных предназначенных для них сосудах, откуда обе среды подают в распылительную камеру и превращают в аэрозоль. При этом дополнительно аккумулируют рабочий газ под давлением в накопительной камере и подают его через трубопровод, быстродействующий клапан, содержащий рабочую и управляющую полости, и систему сопел в аккумулированную в распылительной камере под атмосферным давлением воду, которую дробят и выбрасывают через насадок, образуя при этом огнетушащую смесь, состоящую из мельчайших частиц, не коагулирующих между собой, чтобы затем после выхода из насадка в виде факела распыла попасть в очаг пожара и ликвидировать его. При этом скорость факела распыла огнетушащей смеси превышает 60 м/с. Этим обеспечивается высокая кинетическая энергия факела распыла огнетушащей смеси, что способствует более эффективному тушению пожара, экономному использованию воды и рабочего газа.

В качестве огнетушащего вещества применяют нетоксичную жидкость или порошок.

Соответствующее устройство состоит из баллона высокого давления рабочего газа, соединенного через быстродействующий клапан, редуцирующее устройство, в которое введены разрывные предохранительные мембраны, и трубопроводы с сосудом для воды, распылительной камеры, содержащей насадок, и накопительной камеры для рабочего газа, сообщенной через трубопровод, быстродействующий клапан, систему сопел с распылительной камерой. Площади поперечного сечения трубопровода, соединяющего накопительную камеру с системой сопел, и проходного сечения быстродействующего клапана превышают суммарную площадь минимальных диаметров сопел. Накопительная камера через редуцирующее устройство, трубопроводы и быстродействующий клапан соединяется с баллоном высокого давления рабочего газа.

Насадок представляет собой эластичную щелевую диафрагму. Сопла, входящие в систему, имеют конфигурацию усеченного сопла Лаваля. В быстродействующем клапане введена разгрузочная полость, связанная с атмосферой. Полость между тыльной стороной запорного элемента быстродействующего клапана и поршнем соединена каналом с управляющей полостью. При открытом быстродействующем клапане трубопровод, подводящий рабочий газ, отсоединен от управляющей полости и накопительной камеры. Система сопел, быстродействующий клапан и распылительная камера изготавливаются из титана и нержавеющей стали.

Реализация способа тушения пожара состоит в следующем. Воду аккумулируют в предназначенном для нее сосуде, а рабочий газ отдельно от нее в баллоне высокого давления, обе среды подают в распылительную камеру и превращают в аэрозоль. Дополнительно вводят накопительную камеру, где аккумулируют рабочий газ и подают его через трубопровод, быстродействующий клапан и систему сопел в распылительную камеру с находящейся в ней водой под атмосферным давлением, диспергируют и выбрасывают через насадок, образуя огнетушащую смесь. После выброса из насадка вода распадается на совокупность близкорасположенных и совместно летящих капель. По мере дальнейшего продвижения этого факела лидирующие на его фронте капли тормозятся и частично отходят в сторону, освобождая дорогу следующим за ним порциям воды, имеющим большую скорость (своеобразный эстафетный механизм). Тормозятся и отходят в сторону капли, находящиеся на боковой поверхности факела распыла. Поскольку внутренняя часть защищена таким образом от взаимодействия с окружающей средой, то она не тормозится и продолжает двигаться с начальной скоростью выброса на определенное расстояние. Отходящие капли уносят лишь свое собственное количество движения и, тормозясь, передают его окружающей среде, образуя более разреженное облако вокруг центральной части (ядра) факела. Наиболее крупные из находящихся в центральной части факела капли при выходе на периферию, тормозясь, дробятся и так до полного исчерпания кинетической энергии.

Полученная огнетушащая смесь выбрасывается факелом распыла с углом раскрытия 100-120 градусов и диаметром 2-3 м со скоростью истечения более 60 м/с. После вылета дробление капель продолжается за счет аэродинамических сил и позволяет сформировать факел распыла диаметром 2-3 м и обеспечивает дальнобойность свыше 10 м.

Эта последовательность операций позволяет достичь повышения скорости истечения огнетушащей смеси, что значительно влияет на время тушения пожара, а диаметр факела распыла 2-3 м позволяет эффективно использовать воду, что дает возможность производить большее количество выбросов или прекратить работу, если пожар потушен.

Устройство, реализующее способ тушения пожара, состоит из баллона высокого давления рабочего газа, соединенного через быстродействующий клапан, редуцирующее устройство и трубопроводы с сосудом для воды, распылительной камеры, содержащей насадок, и накопительной камеры для рабочего газа, сообщенной через трубопровод, быстродействующий клапан, систему сопел с распылительной камерой. Площади поперечного сечения трубопровода, соединяющего накопительную камеру с системой сопел, и проходного сечения быстродействующего клапана превышают суммарную площадь минимальных диаметров сопел. Накопительная камера через редуцирующее устройство, трубопроводы и быстродействующий клапан соединяется с баллоном высокого давления рабочего газа.

Насадок представляет собой эластичную щелевую диафрагму. Сопла, входящие в систему, имеют конфигурацию усеченного сопла Лаваля. В быстродействующем клапане введена разгрузочная полость, связанная с атмосферой. Полость между тыльной стороной запорного элемента быстродействующего клапана и поршнем соединена каналом с управляющей полостью. При открытом быстродействующем клапане трубопровод, подводящий рабочий газ, отсоединен от управляющей полости и накопительной камеры. Система сопел, быстродействующий клапан и распылительная камера изготавливаются из титана и нержавеющей стали.

В редуцирующее устройство дополнительно введены разрывные предохранительные мембраны [4] В устройстве, реализующем способ тушения пожара, предложена новая совокупность известных в технике элементов: камеры, позволяющие аккумулировать рабочий газ и воду, сопла, входящие в систему, имеющие конфигурацию усеченного сопла Лаваля, разгрузочная полость в быстродействующем клапане, связанная с атмосферой, полость с тыльной стороны запорного элемента быстродействующего клапана, соединенная с управляющей полостью, трубопровод, подводящий рабочий газ, отключающийся при открытии быстродействующего клапана от управляющей полости и накопительной камеры. Эта совокупность позволяет достичь неожиданного результата обеспечивает истечение огнетушащей смеси со скоростью более 60 м/с.

В зависимости от способа управления быстродействующими клапанами способ тушения пожара можно использовать как в стационарных автоматических системах пожаротушения, так и в передвижных и переносных средствах пожаротушения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема построения стационарного устройства, реализующего способ тушения пожара.

Устройство, реализующее способ тушения пожара, содержит последовательно соединенные быстродействующий клапан 1, баллон высокого давления рабочего газа 2, который через редуцирующее устройство 3 сообщается с накопительной камерой 4, а через редуцирующее устройство 5 с сосудом для воды 6, связанным через быстродействующий клапан 7 и короткий трубопровод 8 с распылительной камерой 9, а накопительная камера 4 через короткий трубопровод 10 и быстродействующий клапан 11 сообщается с системой сопел 12 и распылительной камерой 9, на выходе которой содержится насадок 13, а редуцирующие устройства 3 и 5 имеют разрывные предохранительные мембраны 14.

Стационарное устройство тушения пожара работает следующим образом.

При поступлении сигнала от датчика о наличии пожара программное устройство выдает команду на открытие быстродействующего клапана 1, и рабочий газ из баллона высокого давления 2 поступает через редуцирующее устройство 3 в накопительную камеру 4 и одновременно через редуцирующее устройство 5 в сосуд с водой 6.

После поступления следующей команды от программного устройства на определенный промежуток времени открывается быстродействующий клапан 7, и порция воды из сосуда 6 вытесняется рабочим газом через короткий трубопровод 8 в распылительную камеру 9.

По команде программного устройства на определенное время открывается быстродействующий клапан 11, и рабочий газ, находящийся в накопительной камере, поступает по короткому трубопроводу 10 и системе сопел 12 в распылительную камеру 9, где под атмосферным давлением находится вода, дробит ее и выбрасывает через насадок 13, образуя огнетушащую смесь.

При поступлении сигнала от датчика о том, что пожар ликвидирован, программное устройство выдает команду на закрытие быстродействующего клапана 1, и на определенное время открывает быстродействующий клапан 11 для сброса давления из накопительной камеры 4.

Если сигнал от датчика не поступил, то операции повторяются в той же последовательности.

Редуцирующее устройство 3 снабжено разрывными предохранительными мембранами 14, которые разрываются при превышении заданного давления в баллоне 2 и на выходе редуцирующего устройства 3, что обеспечивает безопасность при работе с устройством для пожаротушения.

При использовании устройства в качестве передвижного или переносного средства пожаротушения функции программного устройства по открытию быстродействующих клапанов берет на себя оператор.

Формула изобретения

1. Способ тушения пожара, заключающийся в том, что воду аккумулируют в предназначенном для нее сосуде, а рабочий газ отдельно от нее в баллоне высокого давления, обе среды подают в распылительную камеру и превращают в аэрозоль, отличающийся тем, что дополнительно аккумулируют рабочий газ под давлением в накопительной камере и подают его через трубопровод, быстродействующий клапан, систему сопел в воду под атмосферным давлением, которую аккумулируют в распылительной камере, дробят ее и выбрасывают через насадок, при этом образуют огнетушащую смесь, состоящую из мельчайших частиц не коагулирующих между собой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость факела распыла огнетушащей смеси превышает 60 м/с.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве огнетушащего вещества применяют нетоксичную жидкость или порошок.

4. Устройство для пожаротушения, состоящее из баллона высокого давления рабочего газа, соединенного через быстродействующий клапан, редуцирующее устройство и трубопроводы с сосудом для воды, и распылительной камеры, отличающееся тем, что дополнительно включает накопительную камеру для рабочего газа, сообщенную через трубопровод, быстродействующий клапан, систему сопел с распылительной камерой, содержащей насадок, причем площади поперечного сечения трубопровода, соединяющего накопительную камеру с системой сопел, и проходного сечения быстродействующего клапана превышают суммарную площадь минимальных диаметров сопел, кроме того, накопительная камера через редуцирующее устройство, трубопроводы и быстродействующий клапан соединяется с баллоном высокого давления рабочего газа.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что насадок представляет собой эластичную щелевую диафрагму.

6. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что редуцирующие устройства снабжены разрывными предохранительными мембранами.

7. Устройство по пп.4 6, отличающееся тем, что быстродействующий клапан содержит рабочую, управляющую и разгрузочную полости.

8. Устройство по пп.4 7, отличающееся тем, что сопла имеют конфигурацию усеченного сопла Лаваля.

9. Устройство по пп. 4 8, отличающееся тем, что полость между тыльной стороной запорного элемента быстродействующего клапана и поршнем соединена каналом с управляющей полостью.

10. Устройство по пп.4 9, отличающееся тем, что при открытом быстродействующем клапане трубопровод, подводящий рабочий газ, отсоединен от управляющей полости и накопительной камеры.

11. Устройство по пп.4 10, отличающееся тем, что система сопел, быстродействующий клапан и распылительная камера изготовлены из титана и нержавеющей стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1