Генератор аэрозоля

 

Использование: в области объемного аэрозольного пожаротушения. Сущность изобретения: генератор содержит термозащищенный корпус с пиротехническими шашками, закрытый крышкой, несущей воспламенитель, и снабженный абляционной прослойкой и выходным соплом. Генерируемый аэрозоль представляет собой газообразные продукты и высокодисперсные частицы - ингибиторы горения, разбавленные негорючими парогазовыми продуктами эндотермического разложения абляционной прослойки, подавляющие очаг пожара в закрытом объеме. Особенностью изобретения является компактная конструкционная схема коаксиального расположения элементов генератора, которая обеспечила последовательное ступенчатое охлаждение газоаэрозольного потока внутри ресивера корпуса, цилиндра блока охлаждения и ресивера стакана, который установлен с гарантированным зазором внутри сопла и охватывает корпус. Абляционная прослойка размещена в стакане, пиротехнический заряд выполнен в виде равнораспределенных вокруг блока охлаждения шашек. Соотношение объемов ресиверов количественно оптимизировано для эффективносго снижения температуры генерируемой газоаэрозольной смеси. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области пожаротушения, а именно к устройствам, действие которых основано на использовании в качестве ингибиторов горения высокодисперсных твердых частиц - аэрозоля, образующегося при горении пиротехнической смеси и выделяющегося в защищаемый объем.

Для объемного аэрозольного тушения пожаров используются генераторы, содержащие помещенные в термозащищенном корпусе пиротехническую шашку со средством воспламенения и выходным отверстием, которые описаны в патентной литературе (авт. св. N 1269787, кл. A 62 C 13/22, 1986. заявку N 94003573 кл. A 62 C 31/00 01. 02. 94; патенты Германии N 2250643, 25.04.74, Великобритании N 2020971, 22.11.79. и N 2028127, кл. A 62 C 35/08 1990; международную заявку PCT/RU 92/00071, 15.10.92. N WO 92/17244, кл. A 62 D 1/00, A 62 C 5/02). При горении пиротехнической композиции шашки выделяется газоаэрозольная смесь, включающая как газообразные соединения, так и высокодисперсные твердые частицы - эффективные ингибиторы горения, подавляющие очаг пожара. Получаемая при сжигании пиротехнической композиции огнетушащая смесь содержит, преимущественно, соли окислов щелочных и щелочноземельных металлов, нейтральные газы и является экологически безопасной.

Недостатком указанных конструкций является то, что генерируемая газоаэрозольная смесь имеет высокую температуру (выше 1000^oC), которая создает проблемы при практическом использовании генератора.

Генерируемый аэрозоль эффективно подавляет пожар в защищаемом объеме, но при прямом воздействии высокотемпературного газо-аэрозольного потока на материальный объект может вызвать его оплавление, прожоги, коробление и служить источником вторичного возгорания.

Более совершенным является устройство по патенту РФ N 2008045 кл. A 62 C 3/00, 28.02.94., которое дополнительно содержит блок охлаждения с абляционным покрытием, выполненный в виде воздушно-эжекционной насадки или емкости с жидкостью, сообщающейся с корпусом генератора. Блок охлаждения, включающий установленный с зазором на корпусе над выходным соплом и облицованный абляционным покрытием цилиндр, представляет собой струйный насос, который через зазор инжектирует окружающий воздух для активного перемешивания внутри цилиндра, чем заметно снижается температура генерируемого аэрозоля. При этом газообразные продукты термораспада абляционного покрытия, являясь дополнительными ингибиторами горения, разбавляют аэрозоль и снижают температуру выбрасываемого газоаэрозольного потока в защищаемый объем.

Генератор на основе этого изобретения марки COТ-1 получил промышленное использование и применение в качестве охранного противопожарного устройства объемного аэрозольного тушения пожаров.

Однако к недостаткам известного генератора следует отнести сложность его конструкции, с подачей водных растворов ингибиторов горения, и повышенные габариты по длине, затрудняющие размещение генератора в ограниченных объемах приборных и двигательных отсеков, а главное то, что температура газо-аэрозольной смеси относительно высокая и оставляет около 300^oC причем на выходе из блока охлаждения достигает 500...600^oC, что выше температуры воспламенения органических соединений, поэтому ограничивает область использования устройства, усложняет технологию обслуживания и применения. Кроме того, механизм охлаждения газораэрозольного потока эффективно действует только при принудительной подаче воды или эжекции воздуха из горящего помещения. В первом случае возникают проблемы дозированного впрыска, распыления и надежности автоматики, во втором - неэффективность снижения температуры рабочей смеси генератора в блоке охлаждения при эжекции разогретого воздуха непосредственно от очага возгорания в малых замкнутых объемах электрошкафов, двигательных отсеков и тому подобных защищаемых объемов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение отмеченных недостатков путем снижения температуры генерируемого газоаэрозольного потока ингибиторов горения на выходе из устройства и, следовательно, повышение его функциональной надежности, расширение технологических возможностей.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном аэрозольном генераторе, содержащем корпус, средство воспламенения, пиротехнический заряд, выходное сопло, абляционную прослойку и цилиндр блока охлаждения, согласно изобретению между пиротехническим зарядом и цилиндром выполнен ресивер, а корпус фланцем боковой поверхности оперт на стакан, в котором помещена абляционная прослойка, жестко связанный с крышкой и охватывающий корпус с гарантированным кольцевым зазором, причем объем ресивера внутри корпуса в 1,2-1,6 раза превышает объем ресивера между корпусом и стаканом, а пиротехнический заряд выполнен в виде равнораспределенных по периферии цилиндра блока охлаждения шашек.

Предложенные новые взаимосвязи, форма выполнения и элементы конструкции позволили создать компактную схему генератора с повышенной конструкционной прочностью при более эффективном охлаждении тушащей смеси без инжекции воздуха, что обеспечило функциональную надежность работы и расширило технологические возможности использования.

Отличительные признаки обеспечивают снижение температуры газоаэрозольного огнетушащего потока за счет эффективного перемешивания продуктов горения шашки в ресивере корпуса и цилиндре блока охлаждения, а также последующего разбавления нейтральными газами эндотермического разложения материала абляционной прослойки в ресивере стакана.

Взаиморасположение конструктивной системы: шашка - цилиндр - стакан - сопло создает лабиринтный газовый канал с повышенным гидравлическим сопротивлением для перераспределения и выравнивания температуры смеси, перемешивания аэрозоля с парогазовым потоком и, в итоге, снижения температуры рабочей смеси. При этом осуществляется многоступенчатое охлаждение: в ресивере корпуса аккумулируется генерируемый аэрозоль, сглаживается давление смеси при ее неравномерной поддаче от регрессивно горящих шашек заряда; в цилиндре блока охлаждения перемешиваются аэрозольные продукты горения шашки и формируется струйный поток, выравнивается его температура; в ресивере стакана активно охлаждается аэрозоль продуктами эндотермического разложения абляционной прослойки, разбавляется аэрозоль газообразными продуктами.

Относительно холодная огнетушащая смесь не повреждает материальных объектов в защищаемых объемах при прямом попадании на них, что позволяет комплектовать двигательные отсеки транспортных средств и электошкафы питания и управления устройствами аэрозольного объемного тушения пожаров, то есть расширить область использования предложенного генератора.

Кольцевая щель выходного сопла формирует цилиндрической формы газоаэрозольный поток, вовнутрь которого эжектируется воздух защищаемого объема, активно перемешиваемый и резко охлаждаемый при этом, что сокращает время пожаротушения.

Соотношение объемов ресиверов корпуса и стакана соответственно оптимизировано в диапазоне (1,2-1,6): 1 из условия функциональной надежности и эффективного охлаждения генерируемой газоаэрозольной смеси.

При отношении объемов меньше 1,2 в лабиринтных каналах генератора возникает большое гидравлическое сопротивление, которое приводит к снижению расхода газоаэрозольной смеси, повышению давления внутри генератора выше безопасного нормируемого 2 атм, что может привести к разрушению конструкции и нарушению функционирования.

При отношении объемов больше 1,6 падает скорость выбрасываемого из сопла газоаэрозольного потока и снижается эффективность его охлаждения, потому что воздух защищаемого объема практически не эжектируерся (не всасывается) вовнутрь генерируемой струи, в результате замедляется распространение ингибиторов горения в объеме помещения и, следовательно, подавление очага пожара.

Каждый существенный признак изобретения сам по себе известен и не отличается новизной, но их совокупность и взаимосвязь носят устойчивый характер и создают новизну качества, не присущую частям в их разобщенности. На фиг. 1 изображен генератор, разрез по А-А на фиг. 2; на фиг. 2 -генератор, вид сверху; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2; Предложенный генератор представляет собой несущую конструкцию из концентрично смонтированных цилиндров, жестко скрепленных между собой. Внутри термозащищенного корпуса 1, который закреплен на крышке 2, несущей воспламенитель 3, по центру укреплен цилиндр 4 блока 5 охлаждения, вокруг которого равнораспределены по периферии шашки 6 пиротехнического состава на основе перхлоратов и/или нитрата щелочных металлов (в количестве семи для генератора марки "ГАБАР-П2,0" общим весом 2,0 кг), приклеенных на дне корпуса 1. Фланцевыми упорами 7 корпус 1 установлен на торец стакана 8, с которым жестко связан посредством винтовых тяг 9 (фиг. 3).

На дне стакана 8 помещена абляционная прослойка 10, преимущественно из бикарбоната натрия (питьевой соды). Крышка 2 частично перекрывает стакан 8 и с гарантированным зазором охватывает его, образуя выходное кольцевое отверстие 11 - сопло генератора. Объем корпуса 1 между шашками 6 и цилиндром 4 блока 5 охлаждения образует активный ресивер 12.

Объем между корпусом 1 и стаканом 8 выполняет функции демпфирующего ресивера 13, где происходит химическая реакция разложения прослойки 10 и унос газообразных масс. Соотношение объемов ресиверов 12 и 13 описываемой марки генератора выбрано равным 1,3:1.

Работает генератор следующим образом.

Воспламенитель 3 запускается автоматически (от системы пожарной сигнализации), вручную или автономно, срабатывая от превышения порога допустимой температуры воздуха защищаемых замкнутых объемов.

Тепловой импульс воспламенителя 3 поджигает шашки 6, при горении которых образуется газоаэрозольная смесь, включающая в себя как газообразные соединения, так и высокодисперсные конденсированные частицы, которые вследствие большой поверхностной энергии являются эффективными ингибиторами горения. В ресивере 12 активно образующийся аэрозоль накапливается, при этом выравниваются колебания давления от неравномерно горящих шашек 6. В цилиндре 4 газоаэрозольная смесь перемешивается и охлаждается. Далее горячий поток обдувает прослойку 10 в стакане 8 ресивера 13, материал которой при поглощении тепла легко разлагается с образованием негорючих газообразных продуктов, водяного пара и углекислого газа по следующей химической реакции: 2NaHCO₃=Na₂CO₃+H₂O+CO₂ Данные газообразные продукты разбавляют аэрозоль и снижают общую температуру смеси, которая по лабиринтному каналу подается к выходному соплу 11 и струйно под давлением выбрасывается в защищаемый объем, где активно перемешивается с эжектируемым внутрь потоком воздуха.

При введении в зону горения газоаэрозольной смеси происходит обрыв цепного механизма воспроизводства активных радикалов, в результате пожар подавляется. Высокая дисперсность активных частиц обуславливает высокую огнетушащую способность образующегося в устройстве аэрозоля, защищая объем 20 м³ при огнетушащей концентрации до 75-100 г/м³.

Температура огнетушащей смеси, как показали испытания, на выходе из генератора 200^oC, а на расстоянии 0,7м от генератора составляет 40-50^oC, что принципиально отличается от аналогов. Генерируемый аэрозоль является диэлектриком, не содержит токсических веществ в опасных концентрациях.

По заявленному изобретению разработана, изготовлена и испытана опытная партия генераторов аэрозольных, быстродействующих активно- реактивных, марки "ГАБАР".

Испытания проводились на полигоне ВНИИПО МВД РФ в режиме объемного тушения пожаров в соответствии с требованиями международного стандарта YSD/CD21/SC2 N 146 E по классам A, B, C, E "Борьба с пожарами. Переносные огнетушители. Эксплуатация и конструкция." По результатам сертификационных испытаний предложенная конструкция генератора признана соответствующей требованиям к устройствам объемного пожаротушения и рекомендована для промышленного производства с целью оснащения складских и промышленных помещений, торговых объектов малых форм, гаражей, архивов, хранилищ и т.п.

Предложенный аэрозольный быстродействующий активно-реактивный генератор (ГАБАР) характеризуется дешевизной, благодаря отсутствию в составе сосудов и трубопроводов высокого давления, регулирующей и запорной арматуры, что значительно снижает себестоимость, упрощает монтаж и эксплуатацию.

Генератор предложенной конструкции предназначен для объемного аэрозольного тушения очагов пожаров твердых и жидких горючих веществ, а также электрооборудования, в том числе, находящегося под напряжением, без инжекции воздуха.

Устройство работоспособно при температуре окружающей среды ± 60^oC и относительной влажности до 100%.

Аэрозольная смесь не оказывает вредного воздействия на одежду и тело человека, не вызывает порчи имущества. Снижения концентрации кислорода в воздухе при этом не происходит. Аэрозольные частицы легко удаляются протиркой, пылесосом или смываются водой.

Время тушения пожара, согласно проведенным комплексным испытаниям, практически всегда меньше времени сгорания пиротехнического заряда.

Сравнительно с прототипом снижена температура огнетушащей смеси, выбрасываемой огнетушителем в защищаемое помещение.

Формула изобретения

1. Генератор аэрозоля, содержащий корпус, средство воспламенения, пиротехнический заряд, выходное сопло, абляционную прослойку и цилиндр блока охлаждения, отличающийся тем, что между зарядом и цилиндром блока охлаждения выполнен ресивер, а корпус, закрытый крышкой, в которой установлено средство воспламенения, фланцем боковой поверхности опирается на стакан, в котором помещена абляционная прослойка, причем стакан жестко связан с крышкой и охватывает корпус с гарантированным кольцевым зазором, а объем ресивера внутри корпуса в 1,2 - 1,6 раза превышает объем ресивера между корпусом и стаканом.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что пиротехнический заряд выполнен в виде равнораспределенных по периферии цилиндра блока охлаждения шашек.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3