Устройство пожаротушения

Устройство пожаротушения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к пожарно-техническому оборудованию, а более конкретно к средствам пожаротушения, принцип действия которых основан на генерации газожидкостных струй и туманообразных завес. Изобретение может использоваться для формирования и управления газокапельным потоком с помощью переносных установок пожаротушения.

В настоящее время известны устройства пожаротушения, содержащие различные по конструкции распылители жидкости. Так, например, из описания к авторскому свидетельству SU 1243746 (МПК: А62С 31/02, опубликовано 15.07.1986) известен распылитель, применяемый в пожарно-техническом оборудовании, который выполнен с возможностью регулирования параметров формируемого газокапельного потока. Устройство состоит из патрубка с проточным каналом и распылителя, который образован пучком трубок одинакового диаметра для подвода жидкости. Трубки жестко закреплены в плите, выполненной из упругого материала. На патрубке расположен формирующий механизм, взаимодействующий с трубками. Формирующий механизм представляет собой стакан с перфорированным дном сферической формы, через которое проходит пучок трубок.

Изменение дисперсности формируемого потока по его сечению осуществляется посредством перемещения стакана по направлению к плите. В результате перфорированное дно прогибает упругую плиту. При этом жестко закрепленные в плите трубки отклоняются к центру. Вследствие изменения пространственной ориентации подводящих трубок изменяется дисперсность формируемого потока и равномерность распределения капель жидкости по сечению потока. С помощью данного устройства можно обеспечить плавное снижение дисперсности газокапельного потока до образования смешанной компактно-распыленной струи с центральной компактной струей и периферийным распыленным потоком.

Однако при работе рассматриваемого устройства невозможно обеспечить достаточно высокую дисперсность и однородность пространственного распределения мелкодисперсных капель жидкости. Данное свойство газокапельного потока необходимо для поддержания диэлектрических характеристик формируемого потока с целью обеспечения электробезопасности устройства при тушении очагов возгорания электрооборудования.

Известна также распылительная головка к пожарному стволу по авторскому свидетельству СССР №334986 (МПК: А62С 31/02, опубликован 11.04.1972), в состав которой входит корпус с двумя параллельными профилированными каналами, симметрично расположенными относительно оси симметрии корпуса. Расстояние между профилированными каналами составляет не менее 1,2 диаметра их выходного отверстия. С целью повышения дисперсности распыления жидкости и регулирования дисперсности распыленного потока жидкости распылительная головка содержит коническую насадку, установленную со стороны выходных отверстий профилированных каналов с возможностью ее поворота относительно оси симметрии корпуса в пределах 90°.

Данное устройство не позволяет генерировать пространственно однородные газокапельные потоки с высокой степенью дисперсности капель жидкости.

В описании к патенту США №6425537 (МПК: А62С 31/00, опубликован 30.07.2002) раскрыта установка пожаротушения, предназначенная для тушения пожаров классов А, В, С и Е, т.е. для тушения электроустановок, находящихся под высоким напряжением.

Установка содержит емкость с огнетушащей жидкостью, баллон со сжатым газом, систему трубопроводов, регулятор давления, обратный клапан, подводящий шланг, пистолет и распылительное сопло. Сопло выполнено с возможностью переключения режимов пожаротушения в зависимости от используемого типа огнетушащего состава. В качестве огнетушащей жидкости может использоваться вода без добавок либо вода с пенообразователем. Сопло состоит из корпуса с центральным каналом для подачи пены и периферийными каналами подвода воды, камеры смешения пены и воздуха, распределительной камеры, а также реверсивного клапана для переключения режимов пожаротушения. На торцовой части корпуса установлена заглушка, в которой выполнены выпускные отверстия, соединенные с каналами подвода жидкости.

Устройство работает следующим образом. Первоначально открывают клапан подачи газа, в результате чего сжатый газ из баллона через регулятор давления поступает в емкость с огнетушащей жидкостью, вытесняя ее по трубопроводу в шланг. Выбор режима пожаротушения производится с помощью специального управляющего клапана. В зависимости от выбранного режима открываются соответствующие каналы для подачи воды или канал для подачи пены. Огнетушащая жидкость по шлангу подается к распылительному соплу и затем распыляется на очаг возгорания.

В режиме тушения водой управляющий клапан находится в положении, при котором подводящий патрубок для пены закрыт, а патрубок для подвода воды открыт. Вода по подводящему каналу через распределительную камеру подается к выходным периферийным отверстиям сопел.

В случае использования в качестве огнетушащей жидкости воды с пенообразователем реверсивный управляющий клапан переводится в положение, при котором закрывается патрубок подвода жидкости и открывается патрубок подачи для пенообразователя. Вода с пенообразователем поступает в камеру смешения, где смешивается с поступающим через отверстия из окружающей атмосферы воздухом. Генерируемая пена подводится по центральному каналу в сопло, из которого осуществляется распыление огнетушащего состава в область возгорания.

Данная установка пожаротушения также не обеспечивает требуемой степени пространственной однородности и высокой дисперсности капель жидкости, при которых реализуется электробезопасность при тушении электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В.

Наиболее близким аналогом изобретения является ранцевая установка пожаротушения, в состав которой входит емкость с огнетушащей жидкостью, баллон со сжатым газом (воздухом) и ствол с механизмом управления подачей жидкости и газа (патент РФ №2121390, МПК А62С 31/02, опубликован 10.11.1998). Направленные газокапельные потоки огнетушащего вещества создаются с помощью ствола устройства. Перед подачей огнетушащего вещества в профилированный канал ствола устройства производится предварительное смешение жидкости и газа в камере смешения, в которую раздельно подаются жидкость (вода) и газ (воздух) через клапанный механизм. Длина профилированного канала сопла выбирается в зависимости от диаметра его минимального поперечного сечения.

При включении устройства сжатый воздух из баллона высокого давления поступает через регулятор давления в емкость, заполненную жидкостью. Под действием сжатого газа жидкость вытесняется из емкости по подводящим шлангам в жидкостную полость камеры смешения жидкости и газа. Образованный двухфазный газокапельный поток затем разгоняется в профилированном канале сопла. Дальность подачи газокапельного потока, генерируемого с помощью известного устройства, составляет не менее 12 м.

В процессе работы данного устройства формируется пленочное течение жидкости вдоль поверхности профилированного канала сопла. Вследствие этого максимум объемной плотности капель смещается к стенке, и генерируемый газокапельный поток приобретает кольцевую структуру. Кроме того, в кольцевом газокапельном потоке образуются так называемые «жидкостные пробки». В результате увеличивается средний размер капель жидкости в потоке и происходит периодическое изменение угла раскрытия факела потока. Перечисленные выше процессы приводят в целом к неравномерному пространственному распределению капель жидкости в генерируемом газокапельном потоке и неоднородному распределению капель жидкости по размеру.

Проведенные испытания установки пожаротушения на электробезопасность показали, что установка в течение всей продолжительности операций не обеспечивает требуемую степень электробезопасности при тушении электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В. Электропроводность генерируемого газокапельного потока определялась по величине токов утечки. Для известной установки пожаротушения величина тока утечки на режимах включения и выключения превышала допустимое значение - 0,5 мА согласно ГОСТ Р 51057-2001 (Техника пожарная. Огнетушители переносные. Общие технические требования. Методы испытаний).

Задачей патентуемого изобретения является создание устройства пожаротушения, позволяющего получить равномерное пространственное распределение мелкодисперсных капель жидкости по сечению генерируемого потока, обеспечить однородную дисперсность капель жидкости в газокапельном потоке и стабильность факела распыленного потока жидкости.

Технический результат, достигаемый при решении поставленных технических задач, заключается в обеспечении требуемой электробезопасности при тушении тонкораспыленной водой очагов возгорания электроустановок, находящихся под высоким напряжением - до 1000 В, без отключения электропитания, а также в повышении эффективности пожаротушения очагов возгорания различных классов (по виду горящих веществ и материалов).

Указанный технический результат обеспечивается за счет использования устройства пожаротушения, включающего в свой состав, по крайней мере, одну емкость для хранения огнетушащей жидкости, систему подачи жидкости, приспособление для создания направленного газокапельного потока, в состав которого входит выходное сопло с центральным профилированным каналом. Канал сопла состоит из последовательно расположенных конического сужающегося в направлении течения жидкости участка, цилиндрического участка и конического расширяющегося в направлении течения жидкости участка.

Согласно настоящему изобретению выходное сопло дополнительно содержит, по меньшей мере, четыре периферийных профилированных канала с одинаковыми размерами выходных отверстий. Каждый из указанных каналов состоит из последовательно расположенных конического сужающегося в направлении течения жидкости участка, цилиндрического участка и конического расширяющегося в направлении течения жидкости участка. Выходные отверстия периферийных каналов равномерно распределены по окружности на торцевой поверхности корпуса сопла вокруг выходного отверстия центрального профилированного канала. Шаг t между осями симметрии близлежащих выходных отверстий периферийных каналов по окружности выбран из условия: 1,2d₀≤t≤2,5d₀, где d₀ - диаметр выходных отверстий периферийных профилированных каналов.

Приведенная совокупность существенных признаков позволяет создать такие условия истечения газокапельных потоков из выходных отверстий профилированных каналов сопла, при которых реализуется соударение струй жидкости, дробление струй на мелкие капли и последующее смешение отдельных потоков с образованием общего мелкодисперсного газокапельного потока, обладающего высокой пространственной однородностью. В генерируемом газокапельном потоке отсутствуют крупные жидкостные включения и существенные неоднородности как по размерам капель, так и по пространственному распределению капель. За счет подержания требуемой пространственной однородности газокапельного потока и плотности заполнения мелкодисперсными капелями объема сформированного потока огнетушащего вещества достигается максимальное электрическое сопротивление вдоль потока и, соответственно, минимальные токи утечки по потоку. При данных условиях обеспечивается стабильная электробезопасность при тушении очагов возгорания электроустановок, находящихся под высоким напряжением без отключения электропитания, а также высокая эффективность тушения очагов возгорания различных классов.

Для увеличения угла конусности факела распыла генерируемого газокапельного потока профилированные каналы направляют под углом к оси симметрии центрального профилированного канала. Угол наклона осей симметрии периферийных каналов к оси симметрии центрального канала предпочтительно составляет до 10°.

Наиболее равномерное распределение капель жидкости наблюдается при оптимизации размеров выходных отверстий центрального и периферийных профилированных каналов согласно условию: d₀≤d_ц≤1,5d₀, где d_ц - диаметр выходного отверстия центрального профилированного канала.

Максимальная дальнобойность генерируемого газокапельного потока (более 12 м) достигается при выборе общей длины L_общ каждого профилированного канала сопла из условия: L_общ≥5d_min, где d_min - диаметр минимального сечения профилированного канала.

Соблюдение перечисленных выше условий позволяет генерировать высокоскоростные мелкодисперсные газокапельные потоки с оптимальным средним размером капель жидкости (от 100 до 200 мкм).

Сопло может быть выполнено в различных конструктивных вариантах выполнения. В одном варианте конструкция сопла может быть образована набором трубок, проточные каналы которых образуют профилированные каналы сопла. В другом варианте сопло может быть выполнено в виде насадки, в корпусе которой образованы профилированные каналы.

Далее изобретение поясняется на примере реализации изобретения в составе ранцевой установки пожаротушения, со ссылками на поясняющие чертежи, на которых изображено следующее:

- фиг.1 - пневмогидравлическая схема установки пожаротушения;

- фиг.2 - продольный разрез выходного сопла с центральным профилированным каналом и четырьмя периферийными профилированными каналами (масштаб 2:1);

- фиг.3 - поперечный разрез сопла по плоскости А-А сопла, изображенного на фиг.2;

- фиг.4 - вид на сопло, изображенное на фиг.2, со стороны выходных отверстий профилированных каналов (по направлению Б);

- фиг.5 - продольный разрез выходного сопла с центральным профилированным каналом и пятью периферийными профилированными каналами (масштаб 2:1);

- фиг.6 - поперечный разрез по плоскости В-В сопла, изображенного на фиг.5;

- фиг.7 - вид на сопло, изображенное на фиг.5, со стороны выходных отверстий профилированных каналов (по направлению Г).

Устройство пожаротушения (см. фиг.1) содержит емкость 1, заполненную огнетушащей жидкостью, баллон 2 со сжатым газом, газовый редуктор 3, соединительные шланги 4, 5 и 6, клапан 7 подачи жидкости, клапаны 8 и 9 подачи газа. В состав устройства входит ствол, предназначенный для создания направленного газокапельного потока, включающий камеру 10 смешения жидкости и газа и газодинамическое сопло 11 с профилированными каналами. В качестве огнетушащей жидкости в рассматриваемом примере используется вода или вода с пенообразующими добавками, а в качестве рабочего газа - воздух.

Камера 10 смешения предназначена для предварительного диспергирования жидкости в потоке газа и содержит цилиндрический корпус со щелевыми каналами, через которые осуществляется подача диспергированного потока жидкости в поток сжатого газа, подаваемого через осевой канал корпуса. В других вариантах реализации изобретения устройство пожаротушения может не содержать камеру смешения жидкости и газа. При таком выполнении установки жидкость подается непосредственно на вход каждого профилированного канала сопла.

Согласно первому варианту реализации изобретения, изображенному на фиг.2, 3 и 4, выходное сопло состоит из корпуса 12, во внутренней полости которого размещена насадка 13 из фторопласта. В насадке 13 выполнены центральный профилированный канал 14 и четыре периферийных профилированных канала 15. Насадка 13 закреплена в корпусе 12 с помощью накидной гайки 16. Выходные отверстия периферийных профилированных каналов 15 равномерно распределены по окружности на торцевой поверхности корпуса сопла вокруг выходного отверстия центрального профилированного канала 14.

Диаметр d_ц выходного отверстия центрального профилированного канала 14 равен 5 мм, а диаметр выходных отверстий периферийных профилированных каналов 15 - 4 мм, что соответствует условию: d₀≤d_ц≤1,4d₀. В рассматриваемом примере периферийные профилированные каналы расположены под углом 5° относительно оси симметрии центрального канала вдоль направления истечения газокапельного потока. Шаг t между осями симметрии близлежащих выходных отверстий периферийных каналов равен 8 мм в соответствии с условием: 1,2d₀≤t≤2,5d₀.

Каждый профилированный канал 14 или 15 состоит из конического сужающегося по ходу течения жидкости участка, цилиндрического и конического расширяющегося по ходу течения жидкости участка. Общая длина L_общ каждого из профилированных каналов выбрана согласно условию: L_общ≥5d_min. При диаметре минимального сечения профилированного канала d_min=2 мм общая длина канала L_общ в рассматриваемом примере выполнения равна 36 мм.

В другом примере реализации изобретения, изображенном на фиг.5, 6 и 7, сопло устройства содержит центральный профилированный канал 14 и пять периферийных профилированных каналов 15. Угол наклона осей симметрии периферийных профилированных каналов 15 к оси симметрии центрального профилированного канала 14 также составляет 5°. Диаметр d_ц выходного отверстия центрального канала 14 равен диаметрам d_o выходных отверстий периферийных каналов 15 и составляет 4 мм. Шаг t между осями симметрии близлежащих выходных отверстий периферийных каналов равен 6 мм. Общая длина профилированных каналов 14 и 15 составляет 36 мм.

Наряду с примерами реализации изобретения, изображенными на чертежах, выходное сопло может быть образовано набором трубок, проточные каналы которых образуют профилированные каналы сопла. Трубки фиксируются с помощью решеток, закрепленных в корпусе сопла.

Работа описанного выше устройства пожаротушения осуществляется следующим образом.

Предварительно открывают запорно-пусковой клапан 8 подачи газа. Воздух из баллона 2 поступает через газовый редуктор 3 и шланг 4 в полость наддува емкости 1. По шлангу 5 сжатый воздух с выхода редуктора 3 поступает к управляемому клапану 9 подачи газа, через который осуществляется управляемая подача воздуха в камеру 10 смешения жидкости и газа. Давление газа за редуктором 3 в режиме расхода газа составляет от 0,9 до 1,1 МПа. Вода, вытесняемая сжатым газом из емкости 1, поступает по шлангу 6 к управляемому клапану 7 подачи жидкости, а затем в камеру 10 смешения жидкости и газа.

Для генерации газокапельного потока с помощью устройства пожаротушения сначала открывают управляемый клапан 9 подачи газа, а затем с задержкой примерно 0,3 с открывают клапан 7 подачи жидкости. В результате осуществления указанной последовательности действий при открытии клапанов 7 и 9 в камеру 10 смешения предварительно поступает поток газа, эжектирующий жидкость через щелевые каналы в виде тонких равномерно распределенных струек в поток газа. При этом вектор скорости струек жидкости на выходе из щелевых эжектирующих отверстий направлен перпендикулярно оси симметрии проточного канала камеры и, соответственно, перпендикулярно вектору скорости потока газа. В результате взаимодействия струек жидкости с потоком газа происходит диспергирование жидкости на мелкие капли.

Из камеры смешения 10 диспергированный газокапельный поток поступает затем в профилированные каналы 14 и 15 выходного сопла. В насадке 13, показанном на фиг.2, 3 и 4, происходит разделение газокапельного потока на пять отдельных потоков. При движении потока через конический сужающийся участок происходит дополнительное диспергирование газокапельного потока. После прохождения конического участка газокапельный поток поступает в цилиндрический участок канала, в котором происходит выравнивание профиля скоростей по сечению потока.

Далее газокапельный поток разгоняется в расширяющемся коническом участке профилированного канала. На выходе из профилированных каналов сопла образуются конусообразные мелкодисперсные газокапельные потоки, которые соударяются друг с другом в пространстве за срезом сопла.

Сформированный высокоскоростной мелкодисперсный газокапельный поток направляется оператором на очаг возгорания, например, на электроустановку, находящуюся под высоким напряжением. Эффективное тушение очага осуществляется за счет высокой скорости и равномерности распределения мелких капель жидкости в непосредственной близости от пламени. Требуемое электрическое сопротивление вдоль потока обеспечивается вследствие высокой пространственной однородности газокапельного потока и равномерного заполнения мелкодисперсными каплями жидкости объема сформированного потока огнетушащего вещества.

Работа устройства, снабженного соплом, которое изображено на фиг.5, 6 и 7, осуществляется аналогичным образом. Сформированный в камере смешения 10 смешенный газокапельный поток дополнительно диспергируется и разгоняется в шести профилированных каналах 14 и 15, образуя шесть газокапельных потоков. Сформированные газокапельные потоки в пространстве за срезом профилированных каналов сопла при столкновении друг с другом смешиваются и дробятся на мелкие капли. За счет увеличения количества периферийных профилированных каналов на выходе из сопла образуется однородный широкоапертурный газокапельный поток с высокой кинетической энергией капель жидкости.

В результате образования общего газокапельного потока из отдельно сформированных потоков, расстояние между которыми определяется шагом t между осями симметрии близлежащих выходных отверстий периферийных каналов по окружности их размещения, повышается равномерность распределения мелкодисперсных капель жидкости в пространстве. Вследствие этого обеспечивается требуемое электрическое сопротивление генерируемого газокапельного, которое необходимо для электробезопасности оператора при тушении электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В.

При выключении устройства производится предварительное отключение подачи огнетушащей жидкости в камеру смешения 10 перед отключением подачи в нее газа. Такая последовательность действий осуществляется за счет первоначального закрытия клапана 7 подачи жидкости, а затем, с задержкой примерно на 0,3 с, закрытие клапана 8 подачи газа.

Посредством изменения положения газодинамического сопла 11 (см. фиг.1) в вертикальной и горизонтальной плоскости оператор может тушить очаги возгорания на больших площадях в открытом пространстве и в замкнутых помещениях. При использовании для тушения очагов возгорания воды с пенообразователем на поверхности очага образуется тонкая пленка пенообразующего вещества, ограничивающая поступление кислорода из окружающего пространства в зону горения.

Скорость капель жидкости при подлете к очагу пожара составляет не менее 5 м/с при интенсивности подачи жидкости 0,4 л/с. Скорость газокапельной струи на выходе из газодинамического сопла 11 была равна примерно 80 м/с. При запасе огнетушащей жидкости 12 л с помощью ранцевой установки пожаротушения может осуществляться тушение очагов возгорания твердых материалов общей площадью около 60 м², очагов возгорания легковоспламеняющихся жидкостей площадью более 7 м², а также тушение электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В.

Испытания на электробезопасность ранцевой установки пожаротушения с выходным соплом, выполненным с различным количеством профилированных каналов, проводилось на электротехническом стенде, соответствующем требованиями ГОСТ Р 51057-2001. Исходя из требований электробезопасности, допустимое значение тока утечки составляет не более 0,5 мА. Расстояние между выходным соплом и мишенью, находящейся под напряжением ˜36±4 кВ переменного тока с частотой 50 Гц, равно 1000 мм. Результаты испытаний представлены в таблице.

Количество периферийных профилированных каналов сопла	№ эксперимента	Напряжение на мишени, кВ	Наибольшая величина тока утечки вдоль потока огнетушащего вещества, мА
	1	32	0,18
4	2	32	0,18
	3	32	0,18
	1	32	0,22
5	2	32	0,25
	3	34	0,18

Из представленной таблицы следует, что при количестве периферийных профилированных каналов, равном четырем и более, значение тока утечки вдоль генерируемого потока не превышало допустимого значения тока утечки - 0,5 мА. В случае, когда количество периферийных профилированных каналов было менее четырех, величина тока утечки вдоль потока была равна 0,65 мА и более, т.е. выше предельно допустимого значения.

Таким образом, при использовании изобретения обеспечивается требуемый уровень электросопротивления потока огнетушащего вещества за счет повышения равномерности пространственного распределения мелкодисперсных капель жидкости в генерируемом потоке. При указанных условиях соблюдаются требования электробезопасности при тушении очагов возгорания электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В, и обеспечивается высокая эффективность тушения очагов возгорания различных классов.

Изобретение может найти широкое применение в мобильных средствах пожаротушения различного назначения и стационарном пожарно-техническом оборудовании.

1. Устройство пожаротушения, содержащее, по крайней мере, одну емкость для хранения огнетушащей жидкости, систему подачи жидкости, приспособление для создания направленного газокапельного потока, в состав которого входит выходное сопло с центральным профилированным каналом, состоящим из последовательно расположенных конического сужающегося в направлении течения жидкости участка, цилиндрического участка и конического расширяющегося в направлении течения жидкости участка, отличающееся тем, что выходное сопло дополнительно содержит, по меньшей мере, четыре периферийных профилированных канала с одинаковыми размерами выходных отверстий, каждый из которых состоит из последовательно расположенных конического сужающегося в направлении течения жидкости участка, цилиндрического участка и конического расширяющегося в направлении течения жидкости участка, при этом выходные отверстия периферийных каналов равномерно распределены по окружности на торцевой поверхности корпуса сопла вокруг выходного отверстия центрального профилированного канала, шаг t между осями симметрии близлежащих выходных отверстий периферийных каналов по окружности выбран из условия: 1,2d₀≤t≤2,5d₀, где d₀ - диаметр выходных отверстий периферийных профилированных каналов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что периферийные профилированные каналы направлены под углом к оси симметрии центрального профилированного канала, при этом угол наклона осей симметрии периферийных каналов к оси симметрии центрального канала составляет до 10°.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр d_ц выходного отверстия центрального профилированного канала выбран из условия: d₀≤d_ц<1,5d₀.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что общая длина L_общ каждого профилированного канала сопла выбрана из условия: L_общ≥d_min; где d_min - диаметр минимального сечения профилированного канала.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходное сопло образовано набором трубок, проточные каналы которых образуют профилированные каналы сопла.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходное сопло выполнено в виде насадки, в корпусе которой образованы профилированные каналы.