устройство для тушения пожаров

Формула изобретения

Устройство для тушения пожаров, содержащее полый корпус с огнегасящим порошковым составом, газогенератор, включающий последовательно смонтированные пусковое устройство, установленное на верхней части корпуса, инициирующий элемент, газогенерирующий заряд, сублимирующуюся пористую прослойку и трубчатую камеру смешения с выходными отверстиями в нижней ее части, а также отводящий продуктопровод с клапаном, отличающееся тем, что смонтированные на диафрагмах газогенерирующий заряд и пористая прослойка, которая по торцам закрыта перфорированными мембранами и выполнена насыпной из гранулированного материала, установлены с зазором между ними, причем между диафрагмой пористой прослойки и выходным нижним торцом корпуса выполнен ресивер, а выходные отверстия размещены на конической крышке камеры смешения, при этом площадь отверстий в диафрагме пористой прослойки в 4 - 6 раз превышает площадь отверстий диафрагмы газогенерирующего заряда, а соотношение масс пористой прослойки и газогенерирующего заряда выбрано в диапазоне 1,8 - 3,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пожарной техники, в частности к устройствам для тушения пожаров, оборудованным газогенераторами, и может быть использовано в ручных огнетушителях и в стационарных установках пожаротушения с автоматической непрерывной и дискретной регулируемой подачей распыляемого порошка.

Уровень техники характеризуют порошковые огнетушители, содержащие корпус и размещенный внутри него газогенератор, включающий камеру смешения, имеющую газогенерирующий заряд, установленный с зазором относительно ее стенок, и отверстия для выхода газа, выполненные в ее нижней части, а также отводящий продуктопровод с отсекающим клапаном (см., например, патенты РФ N 2084250, 1997 г. , N 2110304, 1996 г. и а.с. N 1637813, 1991 г., все по кл. A 62 C 13/22).

В указанных порошковых огнетушителях используются тугоплавкие огнегасящие порошковые составы, потому что при температуре генерируемого газа в диапазоне 500-1500^oC легкоплавкие порошковые компоненты состава, например, фосфаты аммония, имеющие температуру плавления 180^oC, частично оплавляются, образуя агломераты, препятствующие свободному истечению порошка из корпуса огнетушителя по продуктопроводу через отсечной клапан.

Отмеченный недостаток устранен в порошковом огнетушителе, устройстве для тушения пожаров, описанном в патенте РФ N 2081641, опубл. 20.06.97 в бюл. N 17, A 62 C 13/22, которое по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога.

В известном устройстве для тушения пожаров, содержащем цилиндрический корпус с огнегасящим порошковым составом, газогенератор, включающий пусковое устройство, инициирующий элемент и газогенерирующий заряд, установленный с зазором относительно стенок трубчатой камеры смешения (разложения), в нижней части которой выполнены выходные отверстия, и отводящий продуктопровод с клапаном.

В этом порошковом огнетушителе дополнительно смонтирована пористая прослойка охладителя генерируемых газов, выполненная в виде пористой основы с распределенным в ней мелкодисперсным порошком, сублимирующимся под воздействием высокой температуры. Пористая упругая основа выполнена из волокнистого материала и установлена в трубчатой камере смешения между газогенерирующим зарядом и ее выходными отверстиями.

Сублимация материала охладителя позволяет снизить температуру генерируемого газа за счет теплопоглощения на реакцию его разложения, газообразные продукты которого являются дополнительными ингибиторами горения, например, пары воды и углекислый газ, образующиеся при эндотермическом разложении порошка питьевой соды

Кроме того, упругая волокнистая основа охладителя служит демпфером для газогенераторного заряда, предотвращающим его механические разрушения в условиях вибрации, тряски и ударов при эксплуатации.

Развитая поверхность сублимирующегося порошкового материала охладителя обеспечивает эффективное, за время работы 2-12 секунд, охлаждение генерируемых газов до температуры на выходе камеры смешения ниже 200^oC.

Волокнистая основа охладителя предохраняет выходные отверстия газогенератора от перекрытия горящим материалом заряда.

Эксплуатационные возможности известного порошкового огнетушителя расширились по использованию в качестве рабочего огнегасящего вытесняемого порошка как на тугоплавкой основе, так и порошков на легкоплавкой основе.

Однако, недостатком известного устройства для тушения пожаров является неудовлетворительная функциональная надежность, которая предопределена конструкционными особенностями выполнения охладителя.

Так, часть генерируемого газового потока к выходным отверстиям камеры смешения поступает по периферийному кольцевому зазору у стенок трубчатой камеры, минуя контакт с сублимирующимся порошком-наполнителем волокнистой основы охладителя, что не исключает спекания и агломерации рабочего порошкового материала на выходе из газогенератора. При этом перекрываются выходные отверстия камеры смешения, изменяющие расчетный газодинамический режим истечения генерируемых газов в корпус огнетушителя, ухудшая его работоспособность по вытеснению огнегасящего рабочего порошка.

В процессе вибрационного, циклического динамического нагружения при служебном хранении огнетушителя в защищаемых объектах изменяется упругость волокнистого материала основы охладителя, в результате чего заряд не фиксируется и может крошиться, истираться и разрушаться, а сублимирующийся порошок осыпаться, что снижает надежность работы и эффективность охлаждения генерируемых газов.

Кроме того, операции распределения порошка сублимирующегося материала в объеме волокнистой основы прослойки охладителя и его закрепление представляет технологическую проблему серийного производства, что увеличивает потребительскую стоимость устройства для тушения пожаров в целом.

Выполнение выходных отверстий на боковой цилиндрической поверхности камеры смешения не обеспечивает аэрации нижерасположенных слоев уплотненного или слежавшегося рабочего порошка в корпусе, который не вытесняется из огнетушителя и не подается в очаг возгорания, что снижает основные технические характеристики изделия, то есть эффективность пожаротушения.

Через отверстие в торце камеры смешения сублимирующийся порошок просыпается в корпус при хранении, вибрациях и тряске транспортировки и т.п., а проходное сечение отверстия перекрывается оседающей и уплотняющейся волокнистой основой прослойки. Газовый поток прямой и соосной реактивной, отраженной от дна, струй вымывает центральную воронку, не затрагивая уплотненного слоя рабочего порошка на периферии донной части корпуса.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности и эффективности работы устройства для тушения пожаров, порошкового огнетушителя.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для тушения пожаров, содержащем полый корпус с огнегасящим порошковым составом, газогенератор, включающий последовательно смонтированные пусковое устройство, установленное на верхней части корпуса, инициирующий элемент, газоненерирующий заряд, сублимирующуюся пористую прослойку и трубчатую камеру смешения с выходными отверстиями в нижней ее части, а также отводящий продуктопровод с клапаном, согласно изобретению, смонтированные на диафрагмах газогенерирующий заряд и пористая прослойка, которая по торцам закрыта перфорированными мембранами и выполнена насыпной из гранулированного материала, установлены с зазором между ними, причем между диафрагмой пористой прослойки и выходным нижним торцом корпуса выполнен ресивер, а выходные отверстия размещены на конической крышке камеры смешения; соотношение масс пористой прослойки и газогенерирующего заряда выбрано в диапазоне 1,8 - 3,0, а площадь отверстий в диафрагме пористой прослойки в 4 - 6 раз превышает площадь отверстий диафрагмы газогенерирующего заряда.

Отличительные признаки в совокупности с известными гарантированно обеспечили заданную эффективность основного действия огнетушителя при экспрессивном охлаждении генерируемого вытеснительного газа и более полную аэрацию рабочего порошка в корпусе, что повысило коэффициент технического использования изделия.

Установка пористой прослойки охладителя и газогенерирующего заряда на жестких диафрагмах повышает конструкционную прочность газогенератора и стабильный газодинамический режим работы огнетушителя при распределении вытеснительного газа на весь объем пористой прослойки охладителя.

Сублимирующийся материал прослойки выполняет несущие конструкционные функции, гранулы которого размещены между перфорированными формообразующими мембранами, которые предотвращают перемещения твердых фракций гранул к выходным отверстиям, исключив перекрытие последних.

Развитая поверхность гранулированного материала пористой прослойки увеличивает массоперенос при сублимации охладителя и эффективность теплопоглощения на эндотермическую реакцию его разложения, что обеспечивает снижение температуры генерируемого рабочего газа с температурой 1000-1500^oC до 100-150^oC на выходе из генератора. Это заметно ниже температуры плавления материала легкоплавких порошков на основе фосфатов аммония (180^oC), исключает агломерацию и предотвращает уменьшение проходного сечения выходных отверстий камеры смешения, исключив спекание примыкающего к ним огнегасящего порошка в корпусе огнетушителя.

Таким образом в предложенном техническом решении обеспечивается стабильный температурный и газодинамический режим газоприхода в корпус огнетушителя.

Зазор между газогенерирующим зарядом и пористой прослойкой охладителя выполняет функции ресивера, в котором накапливается генерируемый газ, выравнивается давление и сглаживаются его пульсации при неравномерном горении состава заряда, что обеспечивает постоянный расход газа через охладитель и стабильную его работу.

Ресивер перед камерой смешения выполняет функции демпфера давления внутри газогенератора и за счет исключения радиального его градиента обеспечивает прохождение газового потока по всему сечению пористой прослойки охладителя, что повышает эффективность снижения температуры генерируемого газа в объеме, стабилизирует газоприход.

Диапазон соотношения площадей отверстий нижней и верхней (по чертежу) диафрагм гарантированно обеспечивает заданный газодинамический режим генерируемого газа.

При соотношении указанных площадей менее 4 происходит повышение давления выше критического, что может послужить причиной разрыва корпуса и выброса горящих элементов пиротехнического состава и высокотемпературных газовых продуктов горения заряда, которые могут быть источником вторичного возгорания и просто небезопасно.

При соотношении этих площадей выше 6 нижняя диафрагма теряет конструкционную жесткость или ее отверстия перекрываются гранулами более мелкого диаметра, препятствуя свободному проходу вытеснительной газовой смеси, что приводит к повышению давления внутри газогенератора с очевидными негативными последствиями.

Оптимизированное соотношение масс пористой прослойки и газогенерирующего заряда в пределах 1,8 - 3,0 обеспечивает эффективное охлаждение вытеснительных газов до требуемого уровня.

Превышение массы пористой прослойки над массой газогенерирующего заряда менее чем в 1,8 раза не обеспечивает снижения температуры до необходимого уровня.

Соотношение указанных масс выше 3,0 нерационально, потому что приводит к увеличению объема газогенератора без заметного снижения температуры генерируемых газовых потоков, причем возникает проблема газоприхода из-за большого гидравлического сопротивления пористой прослойки охладителя.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их устойчивая взаимосвязь в совокупности являются достаточными для достижения новизны качества, нового сверхэффекта как эффекта суммы, не присущего признакам в их разобщенности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, которые имеют лишь иллюстративные цели и не ограничивают объема прав совокупности признаков формулы, где изображены:

на фиг. 1 - общий вид огнетушителя,

на фиг. 2 - газогенератор.

Предлагаемое устройство для тушения пожаров (фиг. 1) представляет собой тонкостенный стальной корпус 1 в виде сосуда, закрытого крышкой 2, в которой укреплен газогенератор 3. Корпус 1, наполненный через штуцер 4 огнегасящим порошком 5, имеет отводящий продуктопровод 6, оснащенный клапаном 7.

Огнегасящий высокодисперсный (25 - 100 мкм) хорошо текучий порошок 5 на активной основе аммофоса, ГОСТ 18918 (85 - 95 мас.%), содержащий гидрофобный диоксид кремния и алюмосиликатный наполнитель (пирофиллит, флогопит), ТУ 118-08-597-86 "Порошки огнетушащие марок П-2АП и П-4АП", введенные в действие с 01.01.93, Госстандарт СССР, N 086/001264/02, служит ингибитором горения при подаче в очаг возгорания.

В крышке 2 (фиг. 2) размещен посредством диафрагмы 8 инициирующий элемент 9, связанный с ручным механизмом или с электрическим пусковым устройством (на чертеже условно не показано).

К диафрагме 8 примыкает газогенерирующий заряд 10, выполненный прессованием из механической смеси компонентов (мас.%): нитрата калия (62-75) - окислителя, фенолформальдегидной смолы (8 - 13) - горючего-связующего и аэрозольобразующего дициандиамида (18-20), который зафиксирован на сухарях 11 диафрагмы 12, опирающейся на радиальные упоры 13, приваренные к обечайке газогенератора 3. В частности, газогенерирующий заряд 10 может быть выполнен из аэрозольобразующего огнетушащего состава по ТУ 820-7509009-61-93 марок ПТ-4 или ПТ-50-2.

Диаметр упоров 13 соответствует высоте ресивера 14 - зазора между диафрагмой 12 и мембраной 15 из проволочной сетки 1,4-0,65 (N 2,0 - 0,65), плотно прилегающей к насыпной гранулированной прослойке 16, которая через сетчатую мембрану 17 и диафрагму 18 установлена над нижним торцом корпуса газогенератора 3 с необходимым зазором, образующим ресивер 19, снабженным центральным отверстием под трубчатый ( 25х3,2 ГОСТ 3262-75) газовод - камеру 20 смешения.

Сублимирующиеся гранулы диаметром 6 мм выполнены из спрессованных гидрокарбоната натрия-пищевой соды или основного карбоната магния, из теплопоглощающих элементов по ТУ 84-7509509-96-96 марок ОС-3, ОС-4, которые насыпаны и уплотнены в корпус газогенератора 3, образуя лабиринтные газопроницаемые каналы и сильно развитую поверхность контакта.

На нижнем торце трубчатой камеры 20 смешения укреплена коническая крышка 21 с выходными отверстиями 22, наклоненными к горизонту (дну корпуса) под углом 40^o.

Отверстия 22 заклеены полиэтиленовой пленкой 23.

Устройство для тушения пожаров работает следующим образом. Импульсом от пускового устройства инициируется элемент 9, воспламеняющий заряд 10, при сгорании которого образуется газоаэрозольная смесь, поступающая через отверстия диафрагмы 12 в ресивер 14, где она накапливается, распределяется в объеме, перемешивается и возрастающим давлением продавливается через мембрану 15 и прослойку 16.

При взаимодействии генерированных горячих газов с гранулами прослойки 16 материал последних легко эндотермически разлагается, причем все продукты распада являются ингибиторами процесса горения, которые уносятся газоаэрозольным потоком (абляция) и поступают через мембрану 17 и диафрагму 18 в ресивер 19, где охлаждаются, накапливаются, демпфируются и поступают в камеру 20 смешивания.

В камере 20 смешивания завершаются химические реакции тепло- и массопереноса, газообразные продукты которого охлаждаются до температуры 100-150^oC и разбавляют газоаэрозольную вытеснительную смесь.

Смесь газов, заполнив камеру 20, прорывает пленку 23 и через отверстия 22 конической крышки 21 струйно истекает в корпус 1, где давлением вихревых перекрещивающихся потоков псевдоожижает снизу вверх порошок 5, создавая избыточное давление в корпусе 1.

При открывании клапана 7 избыточным давлением порошок 5 и генерированная газоаэрозольная смесь с продуктами эндотермического разложения материала прослойки 16 по продуктопроводу 6 вытесняются из корпуса 1 и подаются в очаг возгорания, где аммофос, как смесь кристаллических веществ NH₄H₂PO₄ и (NH₄)₂HPO₄ разлагается энергией пожара с образованием ингибиторов процесса горения:



В случае комбинированного тушения с применением воды она свяжет аммиак:

NH₃ + H₂O ---> NH₄OH,

при этом частично растворяется ортофосфорная кислота, пленка которой закрывает очаг пожара от кислорода воздуха, проникая в горящие трещины твердого материала.

Продукты эндотермического разложения рабочего порошка 5 и газоаэрозольная смесь ингибиторов горения, образующаяся при сгорании заряда 10 и абляционном уносе сублимирующегося материала прослойки 16, эффективно подавляет очаг возгорания.

Эффективное охлаждение генераторного рабочего газа позволяет использовать в качестве огнегасящего порошка 5 кроме тугоплавких материалов (бикарбонат натрия) также и на основе легкоплавких материалов (фосфаты аммония), которые применяются для тушения пожаров классов A, B, C, E.

При этом порошок 5 не теряет своей текучести, не оплавляется и не агломерируется, практически полностью вытесняется из корпуса 1 за счет аэрирования во всем объеме и стабильного газоприхода вытеснительного газа за весь цикл работы огнетушителя, создающего внутри необходимое избыточное давление.

Предложенная конструкция устройства для тушения пожаров безопасна во время длительного хранения при атмосферном давлении внутри корпуса 1.

Огнетушитель предназначен для повторного использования, после перезарядки порошком 5 через штуцер 4 без специальных реставрационных и восстановительных работ, потому что структурные элементы при эксплуатации не деформируются.

Коммуникационные каналы генератора при этом визуально контролируются согласно регламенту, оставаясь практически чистыми и пригодными для эксплуатации в расчетном режиме.

Предложенное техническое решение по конструкции порошкового огнетушителя не известно по доступным источникам информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста по пожаротехническому оборудованию, и может быть промышленно воспроизведено в серийном производстве, то есть соответствует критериям патентоспособности.