Способ тушения пожара энергетической установки и устройство для его осуществления

 

Использование: в области противопожарной техники. Сущность изобретения: осуществляют подачу в полость огнетушащего вещества с одновременным уменьшением поступления воздуха за счет использования энергии ОТВ. Новым в способе является то, что уменьшение поступления воздуха достигают увеличением аэродинамического сопротивления проточной части кожуха путем силового воздействия струи ОТВ на поток воздуха. Устройство содержит энергетическую установку, размещенную в проточной полости кожуха, источник ОТВ с соплом /соплами/, узел задействования. Сопла относительно набегающего потока воздуха установлены тангенциально, поперек или встречно, т.е. таким образом, что истекающие из сопел струи образуют газовую завесу. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к способам и устройствам тушения пожара энергетических установок (ЭУ) двигателей внутреннего сгорания стационарных установок и транспортных средств, электрических двигателей, тепловыделяющих агрегатов и др. заключенных в защитные кожухи (обтекатели, гондолы, капоты) и обдуваемых с целью охлаждения принудительными или естественными, например, при движении транспортного средства, потоками воздуха.

Известны и широко распространены способы и устройства тушения пожара ЭУ, размещенных в обдуваемых потоком воздуха проточных полостях кожухов, путем подачи в полость кожуха огнетушащего вещества (ОТВ).

Так, система пожаротушения по патенту США 4893680, МКИ A 62 C 37/18, включает один контейнер с находящимся под давлением галоидным веществом для подавления огня, распределительное устройство для распределения ОТВ внутри попавшего в аварию транспортного средства, клапан, датчик пожара, устройство усиления сигнала датчика и источник питания. При пожаре срабатывает датчик пожара, усиленный сигнал открывает клапан и струя ОТВ под давлением подается в защищаемую от пожара полость транспортного средства, ингибируя находящийся в полости воздух и останавливая горение.

Определенным недостатком этих систем является повышенный расход ОТВ, поскольку для надежного тушения пожаров в обдуваемой потоком полости ЭУ, в частности самолета, требуется создавать концентрации, в 5-10 раз превышающие аналогичные значения для объемного тушения пожаров в замкнутых непроточных полостях.

Оптимизация систем пожаротушения, использующая особенности задействования источников ОТВ галоидного типа при нескольких очередях пожаротушения - соединение баллонов между собой обратными клапанами, отключающими отработанный баллон от магистрали подачи ОТВ, как это предложено в системе пожаротушения по авт. св. СССР 1614814, МКИ A 62 C 35/00, или за счет избирательного задействования одного или нескольких баллонов сразу, как это описано в системе пожаротушения по авт. св. СССР 1680232, МКИ A 62 C 35/00, позволяет несколько снизить массу системы и повысить эффективность пожаротушения, но одновременно усложняет ее конструкцию и управление.

Наиболее кардинальным приемом повышения эффективности тушения пожара ЭУ, размещенной в принудительно вентилируемой потоком воздуха проточной полости кожуха, является автоматическое перекрытие проходного сечения полости с помощью механической заслонки. При подаче сигнала на включение системы пожаротушения заслонка перемещается силовым цилиндром, приводным в действие сжатым воздухом или давлением ОТВ. Уменьшение поступления в зону горения воздуха препятствует дальнейшему распространению очага пламени, а снижение скорости потока газа в полости увеличивает время нахождения в ней подаваемого ОТВ, уменьшает его потери с выдуваемыми газами и существенно уменьшает потребную концентрацию ОТВ для подавления пожара.

К основным недостаткам известного способа, описанного в кн. В.К. Лужецкого "Противопожарная защита самолетов гражданской авиации", М, Транспорт, 1987, гл. 4.5. и выбранного в качестве прототипа, является сложность конструктивной реализации способа для крупногабаритных ЭУ транспортных средств с большими проходными, например, характерными для ЭУ самолетов кольцевыми, сечениями проточных полостей и ограниченная располагаемая мощность сжатого галоидного ОТВ.

В предлагаемом способе тушения пожара ЭУ, размещенной в обдуваемой потоком воздуха проточной полости кожуха, заключающемся в подаче в полость кожуха струи (струй) ОТВ с одновременным уменьшением поступления воздуха в полость кожуха за счет использования энергии ОТВ, уменьшение поступления воздуха достигают увеличения аэродинамического сопротивления проточной полости кожуха путем силового воздействия струи (струй) ОТВ на поток воздуха.

В отличие от прототипа, поступления воздуха в котором уменьшают за счет уменьшения сечения проточной полости кожуха механической заслонкой с силовым цилиндром, приводимым в действием давлением ОТВ, в предлагаемом решении не требуется преобразовывать энергию ОТВ в промежуточные виды и, соответственно, исключаются соответствующие механические устройства поршни, штоки, отклоняемые заслонки и т.п. узлы, утяжеляющие ЭУ и снижающих ее надежность.

Для силового воздействия струи, способной осуществить запирающее действие (газовую завесу) потоку воздуха, достаточно, чтобы полное давление струи не менее чем в 2-3 раза превышало давление торможения потока воздуха, а эффективность воздействия существенным образом зависит от геометрии проточной полости кожуха и организации процесса взаимодействия.

В устройстве, реализующем предложенный способ, силовое воздействие струи (струй) ОТВ на поток воздуха обеспечивается газовой завесой, создаваемой струями сопел, установленными, в зависимости от конкретных условий, различным образом преимущественно тангенциально, поперек или встречно к потому воздуха.

Тангенциальный вдув струй ОТВ в цилиндрическую полость закручивает поток воздуха, а образующаяся центробежная сила создает радиальный градиент давления в полости динамическую газовую "пробку", уменьшающую поступление воздуха в полость. Наиболее энергетически эффективно закручиваются и запираются потоки в кольцеообразных каналах и каналах специальных форм, так называемых вихревых клапанах. По данным, приведенным в кн. А.А. Шишкова и Б.В. Румянцева "Газогенераторы ракетных систем", М, Машиностроение, 1981, стр. 95, экспериментальные расходные характеристики одного из испытанных клапанов при постоянном давлении на входе показали возможность практически полного запирания потока входящего газа при тангенциальном вдуве газа при давлении 1,3 и массе 0,25 от давления и массы входящего газа соответственно.

Поскольку кольцевые проточные полости с аэродинамически гладкими кожухами характерны лишь для ограниченного типажа ЭУ газовых турбин, реактивных, турбореактивных и турбовентиляторных двигателей летательных аппаратов, судовых и наземных установок и электрических машин, для значительного числа ЭУ с кожухами разнообразных форм газовую завесу предлагается осуществлять менее энергетически совершенными, по сравнению с закруткой, приемами создания газовых завес вдувом поперек или встречно потоку воздуха, с соответствующей ориентацией сопел. Завесы, создаваемые такими струями, предпочтительны для ограничения поступления или вытекания воздуха из боковых, неосесимметричных и иных сложных форм воздухозаборников и вентиляционных отверстий проточной полости ЭУ.

Поскольку при взаимодействии струйной завесы из ОТВ с набегающим потоком воздуха для всех условий обдува ЭУ при эксплуатации сложно добиться создания необходимой концентрации ОТВ во всех зонах проточной полости кожуха, какая-то часть сопел с соответствующим участком магистрали может быть установлена для подачи ОТВ непосредственно в наиболее пожароопасную зону и, в зависимости от конкретных условий, сориентирована по отношению к набегающему потоку в любом сочетании из предлагаемых установок тангенциально, поперек или встречно.

Рациональное место установки сопел для создания газовой завесы на входе, на выходе, в локальной, наиболее пожароопасной, зоне проточной полости кожуха или их различных сочетаниях, зависит от конструкции и условий обдува проточной полости конкретной ЭУ. Так, при обдуве ЭУ, например, транспортного средства, набегающим потоком воздуха через воздухозаборник или радиатор предпочтительна установка сопел подачи ОТВ на входе в проточную часть. При обдуве ЭУ с помощью отсасывающей вентиляции более целесообразной может оказаться установка газовой завесы с помощью встречно установленных сопел на выходе из проточной полости кожуха. При наличии локальных зон повышенной пожароопасности систем топливоподачи, поддонов, в которых могут скапливаться подтекающие горючие жидкости, скользящих токоподводах электроустановок и т.п. наиболее оправданной может оказаться установка локальной газовой завесы. Для УЭ типа авиадвигателей, пожар на которых часто приводит к катастрофическим последствиям, экономически обоснованной является двух-трех очередная система пожаротушения.

Повышенный эффект пожаротушения при использовании предлагаемого решения, помимо уменьшения поступления воздуха в очаг горения, заключается также в уменьшении осевой скорости газового потока в полости кожуха и обусловленного этим увеличением времени пребывания ОТВ в очаге горения.

Поскольку для обеспечения силового воздействия на поток воздуха с помощью струи (струй) ОТВ при тангенциальном, поперечном или встречном вдуве, энергия струи (струй) должна быть сопоставимой с энергией воздушного потока для первых двух видов взаимодействия, а для встречного вдува и превышать ее, а энергетические показатели существующих газообразных ОТВ галоидов, углекислоты и т. п. не могут быть существенно повышены за счет увеличения давления хранения из-за соответствующего увеличения массы баллонов, магистралей, запорной и контролирующей аппаратуры, то для повышения эффективности пожаротушения предложено повысить эффективность силового воздействия за счет более полного использования потенциальной энергии ОТВ выполнением сопел сверхзвуковыми, а также снабжением их завихрителями струи и эжекторными насадками.

Сверхзвуковая струя по сравнению со звуковой обладает существенно большей проникающей способностью, а использование известных схем сопел внешнего или внутреннего расширения (с центральным телом) позволяет рационально использовать энергию струи при переменных параметрах ОТВ на входе в сопло, обусловленных падением давления газа при истечении из баллона, технологическими разбросами и условиями эксплуатации. Завихрители струи и эжекторные насадки на соплах интенсифицируют энергообмен между смешиваемыми потоками, эжекторные насадки, помимо этого, за счет наличия зоны разряжения на входе вовлекают в создание газовой завесы дополнительные массы воздуха.

Превалирование эффекта от уменьшения поступления воздуха в зону горения за счет создания газовой завесы над эффектом поглощения тепла нагретых при пожаре поверхностей ЭУ струей ОТВ делает целесообразным при баллонном источнике ОТВ поддержание повышенного давления подачи путем подогрева ОТВ. Для этого устройство снабжено соответствующим источником подогрева, например, электрического или пиротехнического типа, или использующим тепловую энергию продуктов сгорания ЭУ, вплоть до применения для создания газовой завесы струи, состоящей из смеси продуктов сгорания и ОТВ, например, на основе хладонов.

Принципиально новые возможности для реализации предложенного способа и устройства открываются при использовании в качестве источника ОТВ газогенератора (ГГ) со смесевым ракетным топливом, образующим при сгорании огнетушащий аэрозоль. В качестве типовых топлив на основе нитратов, перхлоратов, хлористых соединений щелочных металлов, образующих при сгорании пожаротушащие аэрозоли, могут быть использованы пороха аэрозольные смесевые типа ПАС разработки ЛНПО "Союз", пиротехнические смеси разработки НИИПХ (см. например, кн. "Пороха и твердые специальные топлива в народном хозяйстве. К 100-летию отечественной промышленности бездымных порохов", под. ред. акад. Б.П. Жукова. ЦНИИ технической информации, конъюнктуры и повышения квалификации кадров, М. 1990, стр. 18-21 и 22-22 соответственно), а также жидковязкие пастообразные газогенерирующие составы (см. например, сб. "Перспективы и проблемы работы приборостроительных предприятий в условиях конверсии. Методические рекомендации", Ленинградский дом научно-технической пропаганды. Ленинград, 1991, стр. 30-31). Обеспечивая ингибирование воздуха при концентрациях аэрозоля в 5-10 раз меньших по сравнению с ОТВ на хладонах и обладая почти в 3 раза более высокой энергоемкостью по сравнению с газобаллонными системами хранения ОТВ равной массы, ГГ на основе аэрозольных ракетных топлив позволяют реализовывать качественно новые подходы в компоновке и способах, задействования устройств пожаротушения.

Малогабаритные, постоянно готовые к работе ГГ аэрозольных ОТВ удобно компонуются непосредственно в проточной полости кожуха в местах создания газовой завесы и вблизи наиболее пожароопасных агрегатов ЭУ, что позволяет отказаться от магистралей подачи ОТВ значительной протяженности.

Из наиболее существенных недостатков существующих ракетных топлив рассматриваемого класса следует выделить относительно высокие температуры продуктов сгорания, требующие принятия дополнительных мер для их охлаждения с помощью специальных устройств-охладителей газа или интенсивного перемешивания с ингибируемым воздухом, а также защиты конструкции ЭУ от прямого воздействия продуктов сгорания при несанкционированных механических, тепловых и др. разрушениях ГГ.

Оснащение установленного в локальной, наиболее пожароопасной, зоне проточной полости кожуха ГГ автоматическим узлом задействования (дополнительно к узлу, задействуемому централизованно), позволяет существенно повысить вероятность подавления пожара за счет минимального времени задержки включения устройства.

Для обеспечения автоматического задействования ГГ в работу, узел задействования выполнен в виде контактирующего с воспламенителем ГГ огнепроводного элемента с заданной температурой воспламенения. При превышении температуры в полости кожуха над заданной, огнепроводный элемент воспламеняется, последовательно задействуя воспламенитель и заряд ГГ. ОТВ через сопла вдувается в виде газовой завесы в полость кожуха, уменьшая поступления воздуха в зону горения и ингибируя его.

Для повышения надежности защиты от пожаров ЭУ с развитыми поверхностями, включающими зоны с различными температурами, например, двигателей самолетов, предложено температуры воспламенения огнепроводных элементов узлов задействования ГГ различных зон и очередей запуска выполнять различными. Такое решение позволяет более надежно и гибко отслеживать температурное поле проточной полости кожуха ЭУ. При этом ГГ второй и последующих очередей включения, а также дублирующие, имеют возрастающие температуры воспламенения огнепроводных элементов.

Одной из рациональных схем построения системы пожаротушения ЭУ транспортного средства представляется устройство, включающее локально расположенные в зонах повышенной пожарной опасности ГГ с автоматическими узлами задействования (1-я очередь пожаротушения) и ГГ на входе в проточную часть воздуха, задействуемые централизовано (2-я и последующие очереди пожаротушения).

Сущность изобретения поясняется на чертежах, на которых схематически и в упрощенном виде показаны: на фиг. 1 общий вид турбореактивной ЭУ летательного аппарата; на фиг. 2 выносной элемент А фиг. 1 (ГГ подачи ОТВ в тангенциальном направлении для закрутки потока воздуха на входе); на фиг. 3 выносной элемент Б на фиг. 1 (агрегат ЭУ повышенной пожароопасности с ГГ для создания локальной завесы ОТВ); на фиг. 4 выносной элемент Г на фиг. 3 (автоматический узел воспламенения с огнепроводными элементами); на фиг. 5 выносной элемент В на фиг. 1 (электропривод ЭУ с ГГ для создания локальной завесы ОТВ).

Выбранная в качестве примера возможной реализации предлагаемого способа тушения пожара и представленная на фиг. 1 типовая схема ЭУ летательного аппарата, включает турбореактивный двигатель 1, размещенный в образованной гондолой 2 двигательного отсека и двигателем 1 и обдуваемой потоком воздуха кольцевой проточной полости 3. На двигателе 1 установлены вспомогательные энергоагрегаты 4, электроприводы 5 различных механизмов, воздушные, топливные магистрали 6, электрокабели 7, исполнительные механизмы и др. оборудование, часть из которого представляют повышенную пожароопасность. Система пожаротушения включает смонтированные на входе в полость 3 ГГ ОТВ 8 и 9 первой и второй очереди включения соответственно, с соплами, ориентированными тангенциально по отношению к осевому набегающему потоку воздуха, и ГГ ОТВ 10 и 11 для локальной защиты наиболее пожароопасных энергоагрегатов 4 и электропривода 5 топливного насоса.

Газогенераторы ОТВ 8 и 9 для уменьшения сопротивления набегающему потоку монтируются преимущественно за пилонами или перед выступающими элементами энергоагрегатов, приводов и др. имеют одинаковую конструкцию и показаны в увеличенном масштабе на фиг. 2. Газогенератор 8 включает корпус 12 с внутренней теплоизоляцией и размещенным в нем зарядом 13 ракетного топлива, образующего при сгорании огнетушащий аэрозоль, крышку 14 с размещенными на ней штуцерами для установки узла задействования в виде пиропатрона 15 с навеской воспламенителя (на фиг. не показан) и выходного сверхзвукового сопла 16. Пиропатрон 15 через электроразъем и кабель17 электрически связан с центральной системой задействования ГГ. На сверхзвуковое сопло 16 смонтирован эжекторный насадок 18, обеспечивающий увеличение количества вовлекаемого в движение воздуха, его интенсивное перемешивание и ингибирование истекающей из сопла 16 струи ОТВ, а также понижение температуры смеси до безопасного для конструкции ЭУ уровня. Для рационального распределения струи по высоте проточной полости 3 выходные сечения сопла 16 и эжекторного насадка 18 выполнены, как это показано на фиг. 2, уплощенной формы. При использовании низкотемпературных, например, с охладителями, ракетных топлив, теплостойких материалов или при необходимости повышения проникающей способности струи ОТВ эжекторный насадок 18 может не устанавливаться.

Работа устройства. При возникновении пожара ЭУ по сигналу от централизованной системы через электрокабели 17 и пиропатроны 15 задействуются ГГ 8 первой очереди. Истекающие из сопел 16 и эжекторных насадков 18 тангенциально к потоку воздуха высоконапорные струи ОТВ закручивают поток воздуха в кольцевой полости в направлении стрелок 19, резко увеличивая аэродинамическое сопротивление входящему потоку воздуха и уменьшая его поступление в полость 3. Ингибированная при силовом взаимодействии и интенсивном перемешивании с ОТВ воздушная смесь, движущая по спирали и заполняющая объем проточной полости 3, прекращает горение в очаге пожара и, перемещаясь с небольшой осевой скоростью под воздействием перепада давления на входе и выходе проточной полости 3, вытекает из нее.

После сгорания заряда 13 и прекращении подачи ОТВ в полость 3 закрученное течение в ней воздушного потока вырождается в исходное осевое. При повторном воспламенении ЭУ задействуются по аналогичной схеме ГГ 9 второй очереди.

Устройство для пожарной защиты отдельного энергоагрегата 4, обладающего повышенной пожароопасностью, показано в укрупненном масштабе на фиг. 3. ГГ 11 размещен позади защищаемого объекта по потоку воздуха и, помимо пиропатрона 16 с электроразъемом и кабелем 17 централизованной системы задействования ГГ 11, оснащен индивидуальным автоматическим узлом задействования 20, выполненным в виде огнепроводных элементов 21 с заданной температурой воспламенения и контактирующих с воспламенителем 22 заряда ГГ, как это показано на фиг. 4. Для создания газовой завесы ОТВ впереди энергоагрегата 4 сопло 23 с завихрителем направлено навстречу воздушному потоку и сообщено с полостью ГГ 11 газоводом 24.

При повышении температуры обтекающего энергоагрегат 4 потока газов до температуры воспламенения огнепроводных элементов 21 последние воспламеняются и поджигают воспламенитель 22 заряда ГГ 11. Истекающая через сопло 23 навстречу воздушному потоку закрученная конусообразная струя-завеса 25 ОТВ ограничивает поступление воздуха к горящему энергоагрегату, а за счет интенсивного перемешивания с воздухом ингибирует смесь и прекращает горение.

Наличие дополнительного к централизованной системе задействования ГГ автоматического узла позволяет повысить быстродействие и надежность системы пожаротушения как наиболее опасных локальных источников пожара, так и ЭУ в целом, в частности, при нарушении централизованной электрической связи. Различные температурные условия по длине и зонам проточной части, в которых работают агрегаты ЭУ, делают целесообразным использование для автоматического включения ГГ различных температур воспламенения огнепроводных элементов, что дополнительно позволит повысить чувствительность и уменьшить время задержки включения ГГ.

Вариант исполнения локального устройства пожаротушения применительно к электроприводу с принудительным внутренним воздушным охлаждением приведен на фиг. 5. Электропривод 5, например, топливного насоса 26, охлаждается воздухом, прокачиваемым через входные 27 и выходные 28 каналы с помощью внутреннего вентилятора (на фиг. не показан). ГГ 11, по конструкции аналогичный описанному выше ГГ 8, имеет кососрезанное сопло16, ориентированное на подачу струи тангенциально во входной канал 27 (или, при нескольких соплах, в несколько входных каналов). При возникновении пожара в полости электропривода 5 через кабель 17 электрически задействуется пиропатрон 15 ГГ 11; после воспламенения заряда истекающая из сопла 16 струя ОТВ поступает тангенциально по отношению к засасываемому через входной канал 27 в полость электропривода воздуху, закручивает его и уменьшает поступление в зону горения. Ингибированный ОТВ воздух не поддерживает горение и пожар в полости электропривода 5 прекращается.

Наибольшее снижение массы системы пожаротушения при сопоставимом уровне надежности пожаротушения от использования предлагаемого способа тушения пожара ЭУ и устройства для его осуществления по сравнению с существующими баллонными системами на хладоне, по мнению авторов, достигается при рациональном сочетании приемов тушения пожара ЭУ в целом и локальных пожаров ее наиболее пожароопасных агрегатов, включая применение автоматических узлов задействования ГГ. Наличие гибкой и многоочередной системы пожаротушения позволяет в зависимости от ситуации подачей ОТВ блокировать поступление воздуха в отдельные локальные зоны пожара или в проточную полость кожуха всей ЭУ, а при чрезвычайных обстоятельствах использовать все запасы ОТВ одновременно.

Формула изобретения

1. Способ тушения пожара энергетической установки, размещенной в продуваемой потоком воздуха проточной полости кожуха, включающий подачу в полость кожуха струи (струй) огнетушащего вещества с одновременным уменьшением поступления воздуха в полость кожуха за счет использования энергии огнетушащего вещества, отличающийся тем, что уменьшение поступления воздуха достигают увеличением аэродинамического сопротивления проточной полости кожуха путем силового воздействия струи (струй) огнетушащего вещества на поток.

2. Устройство для тушения пожара, включающее энергетическую установку, размещенную в полости кожуха, источник огнетушащего вещества с по меньшей мере одним соплом и узлом задействования устройства, отличающееся тем, что сопло (сопла) установлено по отношению к направлению движения воздуха тангенциально, или перпендикулярно, или встречно.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно установлено на входе или на выходе из полости кожуха.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно установлено в локальной, наиболее пожароопасной зоне проточной полости кожуха.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сопло (сопла) выполнено сверхзвуковым.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сопло (сопла) снабжено завихрителем струи.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что сопло (сопла) снабжено эжекторным насадком.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено источником подогрева огнетушащего вещества.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в качестве источника огнетушащего вещества использован газогенератор на смесевом ракетном топливе, образующем при сгорании огнетушащий аэрозоль.

10. Устройство по пп.4 и 9, отличающееся тем, что газогенератор снабжен дополнительным автоматическим узлом задействования.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что автоматический узел задействования выполнен в виде огнепроводного элемента, контактирующего с воспламенителем газогенератора, с заданной температурой воспламенения.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что температура воспламенения огнепроводных элементов узлов задействования газогенераторов различных зон и очередей запуска приняты различными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4