Ручное импульсное средство пожаротушения

Изобретение относится к противопожарной технике, а более конкретно к ручным огнетушителям, в которых огнетушащий состав выбрасывается с помощью диспергирующего заряда. Заявленное ручное импульсное средство пожаротушения содержит наполненный огнетушащим составом корпус из полиэтилена, имеющий ослабленные сечения в виде канавок, и устройство приведения его в действие с диспергирующим зарядом. В отличие от известных аналогов и прототипа в заявленном средстве корпус выполнен в виде сомкнутых торцами двух полусфер, его ослабленные сечения для каждой полусферы представляют собой совокупность равномерно расположенных, не пересекающихся между собой канавок, каждая из которых выполнена на линии пересечения внутренней или внешней поверхности полусферы и плоскости, касательной цилиндрической поверхности, соосной с высотой этой полусферы, при этом начало каждой канавки расположено на торцевой поверхности полусферы, а конец ее ограничен плоскостью, проходящей через противоположные концы двух соседних канавок и высоту полусферы, причем количество n канавок, выполненных на внутренней поверхности, для каждой полусферы, радиус r цилиндрической поверхности, соосной с высотой полусферы, и радиус R внутренней поверхности полусферы связаны между собой следующим соотношением:

Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой эффективности тушения очагов возгорания внутри помещений, содержащих распределенные по их объему, предметы интерьера, за счет исключения образования “мертвых” зон, увеличения импульса потока и радиуса разлета огнетушащего состава и повышения прочностных характеристик средства пожаротушения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к противопожарной технике, а более конкретно - ручным огнетушителям, в которых огнетушащее вещество выбрасывается с помощью диспергирующего заряда.

Известен метаемый огнетушитель, содержащий порошок и разрывной заряд. Новым в огнетушителе является то, что корпус его выполнен из вязкотекучего термопластичного полимера, например полиэтилена, а разрывной заряд - в виде пучка детонирующих шнуров, установленных по оси огнетушителя встык к размещенному на торце пусковому устройству, имеющего длину, на 10...30% меньшую, чем длина корпуса огнетушителя (см. авт. св. СССР №1741822, М. кл. А 62 С 19/00 от 08.05.90 г.).

Также известно огнетушащее устройство, содержащее разрушающуюся под воздействием внутреннего давления оболочку с основанием, заполненную огнетушащим составом, при этом наружная поверхность оболочки состоит из секторов, разделенных выполненными на оболочке углублениями, а сама оболочка выполнена с неравномерными прочностными свойствами, причем ее прочность уменьшается от основания разрушающейся оболочки за счет уменьшения ее толщины, образуя при разрыве сектора для отражения потока. Такая конструкция огнетушащего устройства позволяет путем изменения поверхности разрушаемой оболочки достигать уменьшение взрывного (разрывающего) усилия за счет равномерного распределения ее по площади оболочки, содержащей углубление (задающие линии разрыва), которая обеспечивает повышение огнетушащей эффективности, безопасность и надежность при эксплуатации (см. патент РФ №2075318, М. кл. А 62 С 19/00 от 18.04.96 г.).

В качестве прототипа выбрана известная огнетушащая бомба (пат. США №3980139, А 62 С 19/00, 1976 г.), состоящая из корпуса, заполненного огнетушащим составом, и устройства приведения в действие с диспергирующим зарядом. На боковой стороне цилиндрического корпуса выполнены ослабленные сечения в виде прямоугольной сетки, делящей боковую поверхность на ячейки, две стороны которых перпендикулярны образующей боковой поверхности, а две других - параллельны ей. При срабатывании диспергирующего заряда происходит дробление корпуса по ослабленным сечениям и разлет огнетушащего состава равномерно во все стороны - так называемое объемное диспергирование состава. При этом частицы огнетушащего состава имеют прямолинейные траектории движения и количество огнетушащего состава в единице объема уменьшается обратно пропорционально кубу радиуса разлета.

Прямолинейность траектории разлета состава приводит к тому, что предметы, находящиеся на пути разлета состава, затеняют пространство за собой и при наличии в нем очагов горения исключают возможность их тушения. Кроме того, многочисленные исследования по диспергированию как жидких, так и порошкообразных составов с помощью пороховых зарядов показывают, что при объемном диспергировании дальность разлета диспергируемого вещества мало зависит от массы диспергирующего заряда и определяется только физическими свойствами вещества - его плотностью и размером частиц, образующихся при диспергировании, т.е. основными параметрами, влияющими на аэродинамическое торможение тела в воздухе. Таким образом, для каждого огнетушащего состава существуют свои предельные значения радиуса разлета при его объемном диспергировании. Кроме того, одним из существенных факторов, влияющих на эффективность пожаротушения, является динамическое воздействие состава на очаг пожара, т.е. сбивание пламени высокоскоростным потоком огнетушащего состава. А поскольку при объемном диспергировании скорость разлета состава и его количество в единице объема потока очень сильно уменьшаются с расстоянием, то, начиная с расстояния, равного 10...15 радиусов корпуса средства, импульс потока огнетушащего средства становится недостаточным для сбивания пламени, и эффективность тушения за счет динамического воздействия огнетушащего состава на очаг пожара существенно снижается. Кроме того, применение известных средств для тушения очагов возгорания внутри помещений может привести к их преждевременному разрушению при соударении с предметами интерьера.

С учетом вышеизложенного следует отметить, что как вышеуказанные аналоги, так и прототип имеют низкую эффективность тушения очагов возгорания внутри помещений, содержащих распределенные по их объему предметы интерьера.

Целью настоящего изобретения (техническим результатом) является обеспечение высокой эффективности тушения очагов возгорания внутри помещений, содержащих распределенные по их объему предметы интерьера, за счет исключения образования “мертвых” зон, увеличения радиуса разлета огнетушащего состава, увеличения импульса потока огнетушащего состава до необходимого уровня во всей зоне воздействия средства и повышения прочностных характеристик средства пожаротушения.

Для достижения вышеуказанного технического результата предлагается новое средство пожаротушения, которое содержит наполненный огнетушащим составом корпус из пластичного неметаллического материала, например полиэтилена, имеющий ослабленные сечения, например, в виде канавок и устройство приведения его в действие с диспергирующим зарядом. В отличие от вышеуказанных аналогов и прототипа в заявляемом средстве пожаротушения корпус выполнен в виде сомкнутых торцами двух полусфер, его ослабленные сечения представляют собой для каждой полусферы совокупность равномерно расположенных, не пересекающихся между собой канавок, каждая из которых выполнена на линии пересечения внутренней поверхности полусферы и плоскости, касательной цилиндрической поверхности, соосной с высотой этой полусферы, при этом начало каждой канавки расположено на торцевой поверхности полусферы, а конец ее ограничен плоскостью, проходящей через противоположные концы двух соседних канавок и высоту полусферы, причем количество n канавок, выполненных на внутренней поверхности для каждой полусферы, радиус r цилиндрической поверхности, соосной с высотой полусферы, и радиус R внутренней поверхности связаны между собой следующим соотношением:

Указанные параметры определяются из условия образования на корпусе средства системы щелей, обеспечивающих при срабатывании диспергирующего заряда истечение огнетушащего состава в виде веера наклонных плоских струй.

Для исключения преждевременного разрушения средства при соударении с посторонними предметами его корпус между торцами полусфер армирован кольцевым каркасом из неметаллического материала, например полиэтилена. С целью ликвидации “теневых” зон огнетушащего состава каркас в поперечном сечении имеет клиновидную форму с острием, направленным в сторону диспергирующего заряда.

В отличие от объемного, при струйном диспергировании как порошкообразных, так и жидких составов значительно увеличивается их дальность разлета. Это происходит вследствие того, что струя первоначально движется как единое тело, и лишь на определенном расстоянии, зависящем от скорости струи и сил сцепления частиц состава между собой, распадается на отдельные частицы. Поэтому частицы огнетушащего состава, пролетая часть расстояния в виде струи, практически не теряют скорости, и лишь после распада струи начинают тормозиться по тому же закону, что и в случае объемного диспергирования, пролетая, таким образом, в сумме гораздо большее расстояние.

Однако струйное диспергирование имеет свои недостатки. При истечении через щели, лежащие в плоскости, проходящей через ось средства, не происходит образования сплошного потока огнетушащего состава, необходимого для эффективного тушения, поскольку в этом случае векторы движения всех частиц струи лежат в одной плоскости, совпадающей с осью средства, и истечение носит ламинарный характер.

Если же истечение состава происходит через щели, лежащие на линии пересечения поверхности корпуса с плоскостями, касательными цилиндрической поверхности, соосной продольной оси средства, то векторы движения частиц состава будут образовывать участок конической поверхности с вершиной в центре сферы. При этом, если противоположные концы соседних щелей будут лежать в одной плоскости, проходящей через продольную ось средства, то проекция границ этих участков на плоскость, перпендикулярную продольной оси средства, будет совпадать. Таким образом, образуется веер наклонных струй, перекрывающих друг друга и образующих близкий к сплошному поток огнетушащего состава.

Другим очень важным свойством истечения через подобные щели является образование на границах струй турбулентных завихрений. Поскольку струя в этом случае представляет собой поверхность второго порядка, каким является гиперболический параболоид, на внутренней границе струя-воздух происходит срыв слоя ламинарного потока с образованием в нем турбулентного течения.

После отделения этого слоя от струи происходит срыв следующего слоя, ставшего пограничным.

Таким образом, по мере удаления головной части струи от средства происходит ее “раздевание” и движение состава в ней принимает турбулентный характер. При этом образовавшиеся завихрения подобно смерчам в атмосфере Земли некоторое время движутся самостоятельно, и траектория их движения близка к спирали, причем прямая, проходящая через центры витков спирали, практически перпендикулярна первоначальному направлению движения струи. Образовавшиеся турбулентные завихрения способны огибать препятствия, встретившиеся на пути их перемещения.

Указанная в формуле изобретения математическая зависимость представляет собой отношение расстояния между концами канавок, находящихся у вершин полусфер, к радиусу цилиндрической поверхности, соосной с продольной осью средства (высотой полусферы). Представленный на фиг.2 чертеж наглядно показывает принцип графического построения ослабленных сечений на внутренней поверхности полусферы, а именно

Расстояние между концами канавок FB равно:

где OB - расстояние от конца канавок до оси средства;

n - количество ослабленных сечений (канавок) для полусферы.

В свою очередь, OВ равно:

OB=OC/cosα₁, где ОС=r.

Угол α₁ равен разности углов α и α₂, где

α=arc cos (OC/OA); α₂=360°/n=<FOB

Как видно из чертежа, OA=R

Как показали экспериментальные исследования, отношение FB/r должно находиться в пределах от 0,5 до 1,5.

При FB/r, большем 1,5, образуется более 16 струй, но при этом кривизна их поверхности оказывается недостаточной для срыва ее пограничного слоя и образования турбулентных потоков, вследствие чего характер ее истечения близок к ламинарному.

При FB/r, меньшем 0,5, образуется менее 4 струй, а кривизна их поверхности начинает превышать критическую, при которой практически сразу после начала истечения вся струя переходит в турбулентный режим. Вследствие чего дальность разлета состава резко уменьшается.

Кроме того, с уменьшением FB/r происходит увеличение поверхности корпуса, не разрушаемой при взрыве диспергирующего заряда, и тем самым образуются зоны, в которых пожаротушения не происходит.

На фиг.1 изображен общий вид заявленного средства пожаротушения, где изображены:

1 - корпус средства пожаротушения;

2 - огнетушащий состав;

3 - устройство приведения в действие;

4 - диспергирующий заряд;

5 - кольцевой каркас;

6, 7 - полусферы;

8 - ослабленные сечения в виде канавок;

9 - продольная ось средства пожаротушения;

10 - поперечная плоскость (середина) корпуса.

Заявленное средство пожаротушения имеет корпус 1, изготовленный в виде двух сомкнутых торцами полусфер 6, 7 из полиэтилена. На внутренней или внешней шаровой поверхности корпуса 1 выполнены ослабленные сечения в виде канавок 8. Внутренний объем корпуса 1 заполнен огнетушащим составом 2. На одной из полусфер 6 соосно с продольной осью 9 размещено устройство приведения в действие 3. В центре средства пожаротушения размещен диспергирующий заряд 4. Корпус 1 в плоскости 10, проходящей через середину, армирован кольцевым каркасом 5 из полиэтилена. Поперечное сечение каркаса 5 имеет клинообразную форму, острие которого направлено в сторону диспергирующего заряда 2.

На фиг.2 изображено построение ослабленных сечений на поверхности корпуса.

Построение производится следующим образом:

- с центром в точке “О” (на оси корпуса) проводится окружность радиуса г;

- на окружности радиуса R соответствующей поверхности, на которой выполняются ослабленные сечения, наносятся равномерно n точек, которые являются началом ослабленных сечений;

- через эти точки проводятся прямые, касательные к окружности радиуса r, и прямые, проходящие через центр “О”;

- точки пересечения этих прямых и являются концами ослабленных сечений у вершин корпуса.

На фиг.3 изображены векторы движения огнетушащего состава 2 через щели, образующиеся при дроблении корпуса 1 по ослабленным сечениям 8, выполненным по описанной выше методике.

На фиг.4 изображены векторы движения огнетушащего состава 2 через щели, лежащие в плоскостях, проходящих через ось 9 средства.

На фиг.5 изображен общий вид средства в момент его срабатывания.

Ручное импульсное средство пожаротушения работает следующим образом (см. фиг.1 и 4). После броска через время замедления, определяемое задержкой срабатывания устройства приведения в действие 3, происходит срабатывание диспергирующего заряда 4. Под действием давления продуктов диспергирующего заряда 4 происходит разрушение корпуса 1 по ослабленным сечениям 6, 7 и истечение через образовавшиеся щели огнетушащего состава 2 в виде веера наклонных плоских струй. По мере разлета струи разрушаются с образованием турбулентных потоков, затекающих за преграды, имеющиеся на пути их разлета. Тушение очага пожара происходит за счет комбинированного действия огнетушащего состава: высокоскоростного динамического сбивания пламени и конвективного отвода тепла из зоны горения турбулентными потоками, и подавление очага горения за счет химического действия огнетушащего состава.

Приведенные в заявке сведения являются достаточными для осуществления специалистом заявленного ручного импульсного средства пожаротушения и получения в полном объеме указанного выше технического результата (цели изобретения) при его использовании.

Предлагаемая конструкция разработана в связи с выполнением работы по созданию ручного средства пожаротушения в помещениях.

В ходе работы был проведен большой объем экспериментальных проверок, подтвердивших высокую эффективность данного средства.

1. Ручное импульсное средство пожаротушения, содержащее, наполненный огнетушащим составом, корпус из пластичного неметаллического материала, например полиэтилена, с ослабленными сечениями, например в виде канавок, и устройство приведения его в действие с диспергирующим зарядом, отличающееся тем, что корпус средства выполнен в виде, сомкнутых торцами, двух полусфер, его ослабленные сечения представляют собой для каждой полусферы совокупность равномерно расположенных, не пересекающихся между собой канавок, каждая из которых выполнена на линии пересечения внутренней или внешней поверхности полусферы и плоскости, касательной цилиндрической поверхности, соосной с высотой этой полусферы, при этом начало каждой канавки расположено на торцевой поверхности полусферы, а конец ее ограничен плоскостью, проходящей через противоположные концы двух соседних канавок и высоту полусферы, причем количество канавок, выполненных на внутренней поверхности для каждой полусферы, радиус цилиндрической поверхности соосной с высотой полусферы и радиус внутренней поверхности полусферы связаны между собой следующим соотношением:

где n - количество ослабленных сечений, выполненных на внутренней поверхности для каждой полусферы;

r - радиус цилиндрической поверхности, соосной с высотой полусферы;

R - радиус внутренней или внешней поверхности полусферы.

2. Ручное импульсное средство пожаротушения по п.1, отличающееся тем, что корпус средства между торцами полусфер армирован кольцевым каркасом из неметаллического материала, например полиэтилена, имеющим поперечное сечение клинообразной формы, острие которого направлено в сторону диспергирующего заряда.