Генератор аэрозоля

 

Изобретение относится к пожаротушению к устройствам, генерирующим газоаэрозольные ингибиторы горения, образующиеся при сгорании специального пожаротушащего пиротехнического состава, организованно направляемые в защищаемый объем. Генератор аэрозоля содержит пиротехнические шашки, воспламенитель и выполненный в виде жестко связанных, коаксиально смонтированных с кольцевым зазором цилиндров блока охлаждения и корпуса с абляционным теплозащитным слоем в оболочке, снабженного крышкой с выходным отверстием, между которыми сформирован ресивер. Новым является то, что пиротехнические шашки установлены по центру внутри блока охлаждения, цилиндр которого и оболочка абляционного теплозащитного слоя из гипса выполнены металлическими перфорированными, а крышка связана с диафрагмой с соплами и имеет эжекционные окна и непосредственно закреплена на корпусе аксиально. Предложенное техническое решение обеспечивает повышение несущей прочности генератора, огнетушащей способности и снижение его габаритов, массы, затрат на производство при сохранении функциональной надежности и улучшении экологической чистоты продуктов тушащей смеси. 3 ил.

Изобретение относится к области пожаротушения, к устройствам, генерирующим газоаэрозольные ингибиторы горения, образующиеся при сгорании пиротехнического состава и организованно направляемые в защищаемый объем. Генераторы предназначены для использования как в автономных так и в автоматических системах пожаротушения.

Уровень техники характеризуют генераторы, содержащие пиротехническую шашку, помещенную в термозащищенный корпус, в крышке которого смонтирован узел воспламенения и выполнены выходные сопла, равнораспределенные по периферии крышки, а над соплами с инжекционным зазором установлен охлаждающий цилиндр (см. патенты РФ N 2008045, 1994 г. и N 229202, 1998 г., оба по кл. A 62 C 3/00).

Генерируемый при сгорании пиротехнического состава шашки газоаэрозольный поток, разбавленный продуктами эндотермического разложения теплозащитного слоя корпуса, эффективно подавляет пожар в замкнутом объеме, но при прямом воздействии высокотемпературной тушащей смеси на материальный объект может вызвать его оплавление, прожег, коробление и служить источником вторичного возгорания.

Отмеченный недостаток установлен в генераторе аэрозоля по патенту РФ N 2108824, A 2 C 13/22, 1998 г., выбранном авторами в качестве ближайшего аналога по числу совпадающих признаков и технической сущности, который содержит пиротехнические шашки, воспламенитель и выполненный в виде жестко связанных, концентрично смонтированных с гарантированным зазором цилиндров блока охлаждения и корпуса с абляционным теплозащитным слоем в оболочке, снабженного крышкой с выходными отверстиями, между которыми сформирован ресивер.

Воспламенитель закреплен на цилиндрической крышке, которая с кольцевым зазором смонтирована на стакане, закрывающем со щелью выход цилиндра блока охлаждения, установленного внутри цилиндрического корпуса, снабженного теплозащитным слоем, размещенным в оболочке. Цилиндры блока охлаждения и корпуса закреплены коаксиально с зазором, в котором равнораспределены шашки пиротехнического состава. Абляционная теплозащитная прослойка выполнена из бикарбоната натрия, который эндотермически разлагается с образованием нейтральных газообразных продуктов (CO₂ и H₂О - пар).

Взаиморасположение конструктивной системы: шашка - цилиндр охлаждения - стакан - крышка, смонтированных с гарантированными зазорами, образует лабиринтный газовый канал с повышенным гидравлическим сопротивлением для перераспределения и выравнивания температуры смеси, перемешивания аэрозоля с газовым потоком и, в итоге, снижения температуры рабочей смеси до температуры 200-250^oC на выходе генератора в результате многоступенчатого ее охлаждения.

Однако, недостатком известного генератора аэрозоля является сложность и громоздкость конструкции, высокая удельная себестоимость защиты объемов от пожаров.

Задачей, на решение который направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности пожаротушения за счет снижения затрат на изготовление генератора путем снижения массы конструкции при ее упрощении, без снижения функциональной надежности.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе аэрозоля, содержащем пиротехнические шашки, воспламенитель и выполненном в виде жестко связанных, коаксиально смонтированных с кольцевым зазором цилиндров блока охлаждения и снабженного цилиндрической крышкой с выходным отверстием корпуса с абляционным теплозащитным слоем в оболочке, между которыми сформирован ресивер, по предложению авторов, пиротехнические шашки установлены по центру внутри блока охлаждения, цилиндр которого и оболочка абляционного теплозащитного слоя из гипса выполнены металлическими перфорированными, а цилиндрическая крышка оснащена эжекционными окнами, непосредственно закреплена на корпусе аксиально и сообщена с кольцевым зазором посредством сопел диафрагмы.

Предложенные новые формы и материал выполнения структурных элементов, их пространственная взаимосвязь обеспечили повышение конструкционной прочности компактного генератора, повышение огнетушащей способности генерируемой газоаэрозольной смеси.

Отличительные признаки новой взаимосвязи известных признаков позволили кратно сократить габариты генератора, повысить жесткость конструкции, так как при многоступенчатом охлаждении генерируемой газоаэрозольной смеси не происходит механического разрушения несущих гипсовых теплозащитных слоев при выпаривании из них структуры воды.

Предложенная схема выполнения генератора обеспечила конструктивное совмещение ресивера в объеме цилиндра блока охлаждения и функциональное совмещение металлических перфорированных цилиндров оболочки и блока охлаждения в перфорированных цилиндров оболочки и блока охлаждения в качестве аккумулятора энергии продуктов горения шашек, так и в качестве радиаторов выпаривания накопленной и связанной воды из гипса теплозащитных слоев конвективной теплопередачей. Этот эффективный тепло- и массоперенос внутри генератора обеспечил отбор большей части тепловой энергии от генерируемых газоаэрозольных продуктов тушащей смеси.

Закрепление цилиндрической крышки непосредственно аксиально на корпусе упростило конструкцию за счет исключения промежуточных узлов и деталей без снижения функциональности. Напротив, при оснащении цилиндрической крышки диафрагмой с соплами и эжекционными окнами получено более эффективное порционное перемешивание отдельных струй генерируемой тушащей смеси с более холодным внешним воздухом до ее подачи в зону пожара.

Сообщение цилиндрической крышки с кольцевым зазором посредством сопел диафрагмы обеспечивает в кольцевом канале газодинамический подпор, способствующий, с одной стороны, лучшему перемешиванию газоаэрозольных продуктов и их охлаждению распределенными поперечными струями выпариваемой воды из гипса, а с другой стороны, использованию аксиального цилиндра крышки с эжекционными окнами в качестве струйного насоса внешнего воздуха - дополнительного охладителя, причем более эффективного: не всей массы газоаэрозольного потока, а порциями, формируемыми концентрично расположенными соплами.

Следовательно, вся совокупность существенных признаков является необходимой и достаточной для достижения новизны качества, служит для решения поставленной в изобретении задачи.

Проведенный патентный поиск и сопоставительный анализ с выявленными аналогами позволили сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критериям патентоспособности, потому что оно не известно по доступным источникам информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста пожарного, и может быть промышленно воспроизведено по разработанной технической документации серийно.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображены: на фиг. 1 - общий вид генератора в разрезе; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - график распределения температуры газоаэрозольного потока по длине струи после выхода из генератора.

Предложенный генератор аэрозоля представляет собой несущую конструкцию из жестко скрепленных коаксиальных металлических цилиндров 1 и 2 соответственно корпуса и блока охлаждения. По центру перфорированного цилиндра 2 блока охлаждения установлены продольно пиротехнические шашки 3 из смеси состава: окислитель - нитрат калия, горючее связующее - фенолформальдегидная смола и аэрозольобразователь - дициандиамид, взятые в оптимизированном количественном соотношении (в описываемом примере соответственно 70-11-19 массовых процентов). Шашки 3 скреплены с цилиндром 2 посредством прослойки 4 из строительного гипса, водный раствор которого, будучи залит в зазор между шашками 3 и цилиндром 2, затвердевает без усадки и скрепляет их, образуя монолит.

В торец цилиндра 2 блока охлаждения выполнен ресивер 5, за которым аксиально шашкам 3 в корпусе жестко на резьбе установлен воспламенитель 6.

Внутренняя поверхность цилиндра 1 корпуса покрыта абляционным теплозащитным слоем 7 из строительного гипса, который изнутри ограничен перфорированной металлической оболочкой 8, закрепленной с кольцевым зазором 9 относительно металлического цилиндра 2 блока охлаждения, образуя канал транспортировки продуктов горения шашек 3 на выходе из генератора.

Кольцевой зазор 9 закрыт диафрагмой 10 с концентрично расположенными соплами отверстиями 11.

На корпусе закреплены монтажные кронштейны крепления генератора к опоре в защищаемом помещении и аксиально, со стороны диафрагмы 10, цилиндрическая крышка 13, снабженная эжекционными сквозными окнами 14. Крышка 13 конструктивно представляет собой цилиндр с выходным отверстием 15 и функционально служит в качестве смесителя, где дополнительно охлаждаются генерируемые газоаэрозольные продукты горения пиротехнических шашек 3 инжектируемым внешним воздухом.

Цилиндрическая крышка 13 сообщатся с кольцевым зазором 9 посредством сопел 11 диафрагмы 10.

Перед заливкой водного раствора гипса в зазор между корпусом и оболочкой 8, шашками 3 и цилиндром 2 блока охлаждения перфорации оболочки 8 и цилиндра 2 закрывают полиэтиленовой пленкой, чтобы предотвратить вытекание раствора гипса из заполненных полостей до его затвердевания, после чего генератор в сборе представляет собой жесткую несущую конструкцию. При этом застывший гипс прослоек 4 и 7 имеет развитую пористую поверхность, то есть губчатый материал, который является физическим накопителем воды.

Перфорированный цилиндр 2, прослойка 4 и ресивер 5 образуют одновременно камеру сгорания и блок охлаждения продуктов сгорания пиротехнических шашек 3.

Работает генератор следующим образом. Воспламенитель 6 запускается автоматически от системы пожарной сигнализации, вручную с пульта или автономно, срабатывая от превышения порога допустимой температуры воздуха в защищаемом замкнутом объеме.

Тепловой импульс воспламенителя 6 поджигает шашки 3, при горении пиротехнического состава которых образуется газоаэрозольная смесь, включающая в себя как газообразные соединения, так и высокодисперсные конденсированные частицы, которые вследствие большой удельной поверхности являются эффективными ингибиторами горения. В ресивере 5 активно образующаяся газоаэрозольная смесь накапливается, при этом выравниваются колебания давления от неравномерного горения шашек 3.

Далее через перфорации ресивера 5 газообразные продукты горения состава шашек 3 и высокодисперсные частицы генерируемого аэрозоля поступают в кольцевой зазор 9, по которому транспортируются к выходу. При этом металлические цилиндр 2 и оболочка 8 аккумулируют тепло продуктов газоаэрозольной смеси, разогреваются и конвективно излучают теплоту внутрь гипса, где выпаривается накопленная и связанная вода, при этом легко сгорающая полиэтиленовая пленка не перекрывает перфорации.

Пары затем через перфорации оболочки 8 и цилиндра 2 блока охлаждения поперечными струями с двух сторон выбрасываются под давлением в кольцевой зазор 9, активно смешиваются с транспортируемыми газоаэрозольными продуктами, разбавляя их. Таким образом осуществляется абляционный тепло- и массоперенос, причем вода является экологически чистым продуктом и служит дополнительным ингибитором горения. В генераторе предложенной конструкции из гипсовых прослоек 4,7 выпаривается воды до 26% и массы.

Сравнительные испытания опытных образцов генераторов предложенной конструкции и аналогов показали более высокую эффективность охлаждения огнетушащего потока (см. фиг.3).

Активное охлаждение генерируемого газоаэрозольного потока продолжается в цилиндрической крышке 13, куда смесь выбрасывается высокоскоростными струями через сопла 11 диафрагмы 10. Создаваемым разряжением в цилиндрической крышке 13, подобно струйному насосу, более холодный воздух защищаемого помещения инжектируется через окна 14, где охлаждает дискретные струйные потоки газоаэрозольной смеси, которые через выходное отверстие 15 поступает к очагу пожара и распределяются в объеме.

При введении в зону горения газоаэрозольной смеси происходит обрыв цепного механизма воспроизводства активных радикалов, в результате чего пожар подавляется.

На выходе из генератора практически отсутствует высокотемпературная струя. Огнетушащая способность выше, чем у прототипа: предложенный защищает объем 110 м.куб. против 60 м.куб. известным при той же массе пожаротушащего заряда, причем соотношение масс генераторов 18 кг/65 кг.

Габаритные размеры снижены и, сравнительно с прототипом, объем предложенного генератора в 3 раза меньше, а цена при равной производительности снижена на порядок.

Формула изобретения

Генератор аэрозоля, содержащий пиротехнические шашки, воспламенитель, ресивер и выполненный в виде жестко связанных, коаксиально смонтированных с кольцевым зазором цилиндров соответственно блока охлаждения и корпуса, снабженного цилиндрической крышкой с выходным отверстием, и абляционным теплозащитным слоем в оболочке, отличающийся тем, что пиротехнические шашки установлены по центру внутри блока охлаждения, цилиндр которого и оболочка абляционного теплозащитного слоя из гипса выполнены металлическими перфорированными, а цилиндрическая крышка оснащена эжекционными окнами, непосредственно закреплена на корпусе аксиально и сообщена с кольцевым зазором посредством сопл диафрагмы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3