Способ ликвидации пожара в закрытых помещениях, система его реализации и пневмоакустическое распылительное устройство

 

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано для ликвидации пожара в негерметичном помещении. В предлагаемом способе ликвидации пожара в закрытых помещениях подают смесь инертного газа и воды пневмоакустическим методом в зону горения, при этом соотношение газа и воды в смеси берут 0,7 - 1,5 вес.ч., а распыление воды ведут на частотах 16 - 21 кГц при звуковых давлениях на 160 - 170 дБ. Предложенная система ликвидации пожара содержит пожарный датчик, подключенный к пульту управления, источник инертного газа, емкость с водой, трубопроводы с редуктором и запорной арматурой, пневмоакустическое распылительное устройство, подключенное к источнику инертного газа, и емкость с водой, при этом в систему введена схема задержки и клапан подачи инертного газа в емкость с водой. Предложено также пневмоакустическое распылительное устройство, содержащее резонатор, газовое и водяное сопла, стержень, установленный с зазором относительно газового сопла, причем величина зазора δ = (0,03-0,055)λ, а глубина резонатора h = (3,0-5,0), δ - длина волны акустического излучения на рабочей частоте для данного газа. Технический результат заключается в уменьшении времени ликвидации пожара. 3 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно, может быть использовано для ликвидации пожара в негерметичном помещении.

Известны способы пожаротушения с помощью облака водяных капель диаметром от 100 мкм до 800 мкм, например, по Европейскому патенту ЕПВ (EP) N 0514610 (A 62 C 3/02), 25.11.92.

Известны также способы ликвидации пожара с помощью газожидкостной смеси, например по заявке PCT N 9528204 (A 62 C, 31/00), патенту США N 5464065 (A 62 C 3/06, 07.11.95), а.с. 1553148 (A 62 C 3/00).

Известен также способ пожаротушения по патенту РФ N 2083246 (A 62 C 15/00, 10.07.97), где используют высокоскоростную струю воды и несущего нейтрального газа при соотношении газа и воды 1:(9...11) с диаметром капель 20 - 50 мкм.

Кроме того, известен способ ликвидации пожара в закрытых помещениях и система его реализации по а.с. СССР N 1263262 (A 62 C 37/00, 15.10.86), где используют подачу смеси сжатого воздуха и воды с помощью пожарного датчика, подключенного к пульту управления, источника сжатого воздуха, емкости с водой, трубопроводов с редукторами и запорной арматурой и оросительного устройства, подключенного к источнику сжатого воздуха и к емкости с водой.

Недостатком этих способов является неэффективность пожаротушения вследствие большого времени ликвидации пожара.

Наиболее близким техническим решением по способу пожаротушения является способ ликвидации пожара в негерметичном помещении по патенту РФ N 2030192 (A 62 C 2/00), заключающийся в том, что в негерметичное помещение подают пневмоакустическим методом газожидкостную смесь. При этом предварительно определяют предельное содержание кислорода, при котором прекращается горение всех горючих материалов, суммарную площадь проемов негерметичного помещения и время ликвидации пожара, которое выбирают прямо пропорционально разности исходного и предельного содержания кислорода и суммарной площади проемов помещения и обратно пропорционально его объему и расходу газожидкостной смеси с заданной дисперсностью ее жидкой фазы.

Известно, что скорость испарения капель, и, как следствие, скорость снижения температуры в зоне горения пропорциональна поверхности капель, находящихся вблизи очага пожара. А так как при заданном расходе воды число капель N, получаемых при распылении, обратно пропорционально объему средней капли, N~1/d³_ср, где d_ср - средний размер капель, а общая площадь их поверхности S пропорциональна произведению числа капель на поверхность одной капли, зависящей от квадрата ее диаметра, то площадь испарения тем больше, чем меньше средний размер получаемых капель.

В прототипе диаметр капель выбран равным d_ср = 10-30 мкм, однако, скорость витания таких капель, пропорциональная d²_ср, настолько мала, что капли не достигают фронта пламени и выносятся восходящими продуктами горения.

Т. о. недостатком прототипа является недостаточная эффективность пожаротушения и большое время ликвидации пожара.

Известно устройство для ликвидации пожара по патенту РФ N 2083246 (A 62 C, 15/00), содержащее емкости высокого давления для нейтрального газа и воды, камеру диспергирования, трубопроводы с запорной арматурой, систему управления, тепловые и дымовые датчики.

Известна автоматическая установка противопожарной защиты по патенту РФ N 2060741 (A 62 C, 35/00), содержащая емкость с огнетушащим веществом, пусковое устройство, распределяющую сеть с распылителями, побудительное устройство, насадку с эжектором для акустического излучения в диапазоне частот 150-450 Гц и 3000-4100 Гц.

Недостатками аналогов являются недостаточная эффективность пожаротушения и увеличенное время ликвидации пожара.

Наиболее близким техническим решением является установка объемного пожаротушения по патенту РФ N 2038834 (A 62 C, 35/00), содержащая емкость для воды, источник инертного газа, трубопроводы с оросителями и запорно-пусковыми устройствами, побудительные устройства, систему управления, при этом система подачи компонентов огнетушащего состава выполнена в виде пневмоакустических распылителей, а между емкостью для воды и оросителями установлен пневматический запорный клапан, пусковая камера которого соединена с трубопроводом подачи газа к оросителям.

Недостатком прототипа является его недостаточная эффективность и, как следствие, увеличенное время ликвидации пожара.

Известно распылительное устройство по а.с. N 1509123 (B 05 B, 17/06), содержащее корпус, расположенный в нем стержневой излучатель с цилиндрическим резонатором и охватывающее корпус с зазором концентрическое сопло, сообщенное с системой подачи жидкости.

Известно также распылительное устройство, наиболее близкое к заявляемому по патенту РФ N 1030037 (B 05 B, 17/06), содержащее расположенный в корпусе газоструйный стержневой излучатель с цилиндрическим резонатором, охватывающее корпус концентрическое сопло, соединенное с системой подачи жидкости, и отбойник, выполненный в виде плоского диска и закрепленный на резонаторе в одной плоскости с его торцом, обращенным к соплу.

Недостатком указанных решений является их недостаточная эффективность при получении капель требуемого размера, а как следствие, увеличение расхода тушащей смеси и увеличение времени, необходимого для ликвидации пожара.

Задачей изобретения является снижение времени тушения пожара и повышение эффективности тушения, сводящегося к быстрому снижению температуры в защищаемом помещении.

Данная задача решается тем, что в способе, включающем подачу смеси инертного газа и воды пневмоакустическим методом в зону горения при соотношении газа и воды в смеси 0,7...1,5 весовых частей, распыление ведут на частотах 16...21 кГц при звуковых давлениях 160...170 дБ.

Предложенная система ликвидации пожара, содержащая пожарный датчик, подключенный к пульту управления, источник инертного газа, емкость с водой, трубопроводы с редукторами и запорной арматурой, пневмоакустическое распылительное устройство, подключенное к источнику инертного газа и к емкости с водой, имеет схему задержки и клапан подачи инертного газа в емкость с водой, причем схема задержки электрически связана с пультом управления, а клапан подачи инертного газа установлен перед редуктором в магистрали подачи газа в емкость и электрически связан со схемой задержки.

Предложенное пневмоакустическое распылительное устройство, содержащее газовое и водяное сопла, резонатор и стержень, установленный внутри газового сопла, имеет зазор δ = (0,03...0,055)λ, и глубину резонатора h = (3,0...5,0)δ, при этом λ - длина волны акустического излучения в инертном газе на рабочей частоте.

Опытами по тушению очагов пожара с различными горючими материалами выяснено, что для тушащей смеси азот-вода наиболее оптимальным соотношением весовых компонентов следует считать диапазон 0,7...1,5. При этом было выяснено, что одним из важных факторов, влияющих на скорость тушения, является размер капель. Опыты, выполненные в камере объемом 20 м³ при тушении пожара класса B (горение масла с бензином) при размере очага 1 м², показали явную зависимость времени тушения и расхода тушащей смеси от среднего размера используемых капель d_ср (таблица). Сопоставляя полученные нами результаты по влиянию дисперсности водяных капель с расчетными значениями, приведенными в патенте РФ N 2030492, видно, что для предложенного нами способа (при практически одинаковом расходе тушащего вещества) время тушения сократилось почти в 4 раза (опыт N 2 в таблице), в то время как при использовании мелких капель (опыт N 1) оно совпадает с расчетным, полученным в прототипе.

Таким образом, в соответствии с опытными данными по пожаротушению, диапазон оптимальных размеров водяных капель в газожидкостной тушащей смеси, согласно изобретению, составляет 50-90 мкм.

Известно, что при пневмоакустическом способе распыления существует некоторое пороговое значение звукового давления, начиная с которого происходит диспергирование жидкости. Порог зависит от многих факторов, включающих величину поверхностного натяжения жидкости, форму исходной жидкостной струи, наличие воздушного потока и др.

Согласно изобретению диапазон звуковых давлений, требуемых для эффективного диспергирования воды, составляет 160...170 дБ (что соответствует интенсивности звука в зоне распыления 1...10 Вт)/см²).

Однако процесс дробления зависит не только от уровня звука, но и от его частоты, причем размер получаемых капель уменьшается с увеличением частоты акустических колебаний (или с уменьшением их длины волны λ). Нами была получена зависимость влияния частоты звука в диапазоне 4...21 кГц в отсутствие воздушного потока при распылении воды в стоячей волне на семи частотах. Найдено, что для получения капель с размерами 50...90 мкм необходимо использовать частоты 16...21 кГц.

Предложенный способ реализуется системой, изображенной на фиг. 1, где: 1 - источник инертного газа, 2 - емкость с водой, 3 - запорная арматура, 4 - основной редуктор, 5 - дополнительный редуктор, 6 - пневмоакустическое распылительное устройство, 7 - газовый трубопровод, 8 - водяной трубопровод, 9 - пожарный датчик,
10 - пульт управления,
11 - схема задержки,
12 - клапан подачи газа в емкость с водой.

В системе ликвидации пожара в закрытых помещениях источник инертного газа 1 и емкость с водой 2 соединены газовым трубопроводом 7 через запорную арматуру 3, редукторы 4 и 5, клапан подачи инертного газа 12, управляемый через схему задержки 11 с пульта управления 10. Пожарный датчик 9 регистрирует факт возникновения пожара и электрически связан с пультом управления 10. Газовые магистрали соединяют также источник инертного газа 1 с пневмоакустическим распылительным устройством 6, с которым также связана емкость с водой 2 с помощью водяного трубопровода 8.

Система работает следующим образом.

При возникновении пожара в защищаемом помещении пожарный датчик 9 подает сигнал на пульт управления 10. Последний выдает командный импульс на запорную арматуру 3 и инерный газ из емкости 1 через редуктор 4 поступает по газовому трубопроводу 7 к пневмоакустическому распылительному устройству 6, в результате чего в последнем возникают мощные акустические колебания, а инертный газ подается в помещение. Одновременно газ поступает к клапану подачи 12. Однако создание давления в емкости с водой просходит не сразу, а регулируется с помощью схемы задержки 11, управляемой импульсом с пульта управления 10, обеспечивающей задержку подачи воды на 1-2 с в пневмоакустическое распылительное устройство 6. Это необходимо для того, чтобы вода поступила в распылительное устройство 6 только после установления в нем акустических колебаний. После открытия клапана 12 газ через дополнительный редуктор 5 поступает в емкость с водой 2 и выдавливает воду в водяной трубопровод 8, откуда она поступает в распылительное устройство 6. Нейтральный газ генерирует акустические колебания с частотой 16...21 кГц при звуковом давлении 160. . .170 дБ, что приводит к дроблению поступающей воды на капли заданного размера. В результате совместного действия нейтрального газа и мелкодисперсной воды пожар ликвидируется.

В качестве пневмоакустического распылительного устройства 6 предлагается использовать газоструйный стрежневой излучатель, снабженный кольцевым водяным соплом, концентрически расположенным снаружи от газового сопла (фиг. 2), где:
1 - газовое сопло,
2 - водяное сопло,
3 - кольцевой зазор,
4 - стержень,
5 - резонатор.

В пневмоакустическом распылительном устройстве инертный газ через газовое сопло 1, имеющее со стрежнем 4 кольцевой зазор 3, ширина которого δ определяет возможные частоты генерации акустических колебаний, поступает в резонатор 5, расположенный на стержне 4 навстречу газовому потоку. При торможении потока резонатором в зоне между соплом 1 и резонатором 5 возникают мощные акустические колебания, частота которых в основном зависит от толщины вытекающей струи (т.е. от ширины зазора δ) и от глубины резонатора h. Акустические колебания совместно с выходящим из резонатора 5 газовым потоком дробят воду, подаваемую через водяное сопло 2.

Для получения требуемых для тушения пожара размеров капель воды пневмоакустическое распылительное устройство должно работать на определенной частоте и при определенном уровне звукового давления.

Известно, что для пристенной кольцевой струи, используемой в стержневых излучателях, неустойчивые режимы, возникающие при ее торможении полым резонатором, реализуются в диапазоне чисел Струхаля, близких к четвертьволновому резонансу, а именно при Sh = Δ/λ = (0,21...0,23), где Δ - длина ячейки сверхзвуковой струи, a λ = c/f (c - скорость звука в газе), λ - длина волны на частоте генерации f (см. Борисов Ю.Я., Труды IX Всесоюзной акустической конференции, 1977, Ж-IVB-5, 59-62).

Так как длина ячейки Δ пропорциональна ширине сопловой щели δ , а также зависит от давления подаваемого газа P (обычно лежащего в пределах 2,5 - 5 атм.) и от поперечной кривизны вытекающей струи, определяемой сопротивлением диаметров d_ср центрального стержня и сопла d_с (см. Борисов Ю.Я., Подольский С. Л. Изв. АН СССР, МЖТ, 1980, N 4, 167-171), то, учитывая, что в распылителях пожарного назначения параметр кривизны R = d_ср/d_с выбирается в пределах R = 0,8 - 0,9, указанные числа Sh реализуются при выполнении соотношения δ = (0,03...0,055)λ, при этом требуемые размеры капель могут быть получены при использовании резонатора с глубиной, определяемой соотношением: h = 3,0...5,0)δ, так как только в этом диапазоне можно получить требуемые звуковые давления 160 - 170 дБ.

Предлагаемый способ, система, его реализующая, и устройство, обеспечивающее получение требуемых результатов, обладают целым рядом достоинств, простотой и надежностью. При использовании в качестве инертного газа азота способ дает возможность применять легко доступные экологически чистые материалы, заменяющие токсичные или запрещенные составы. К тому же в требуемых для пожаротушения концентрациях огнетушащий состав биологически безопасен. Способ и реализующие его устройства позволяют быстро снижать температуру в защищаемом помещении до 40-50^oC. Система может защищать целый ряд однотипных помещений, в которых установлены пожарные датчики и пневмоакустические распылительные устройства.

Формула изобретения

1. Способ ликвидации пожара в закрытых помещениях, включающий подачу смеси инертного газа и воды пневмоакустическим методом в зону горения, отличающийся тем, что соотношение газа и воды в смеси берут 0,7 - 1,5 вес.ч., при этом распыление воды ведут на частотах 16 - 21 кГц при звуковых давлениях 160 - 170 дБ.

2. Система ликвидации пожара в закрытых помещениях, содержащая пожарный датчик, подключенный к пульту управления, источник инертного газа, емкость с водой, трубопроводы с редукторами и запорной арматурой, пневмоакустическое распылительное устройство, подключенное к источнику инертного газа и к емкости с водой, отличающаяся тем, что в нее введена схема задержки и клапан подачи инертого газа в емкость с водой, причем схема задержки электрически связана с пультом управления, а клапан подачи инертного газа установлен перед редуктором в магистрали подачи газа в емкость и электрически связан через схему задержки с пультом управления.

3. Пневмоакустическое распылительное устройство, содержащее резонатор, газовое и водяное сопла, стержень, установленный с зазором относительно газового сопла, отличающееся тем, что величина зазора в нем выбрана δ = (0,03-0,055)λ, а глубина резонатора h = (3,0-5,0)δ, при этом λ - длина волны акустического излучения на рабочей частоте для инертного газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.02.2007        БИ: 04/2007

PD4A - Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:
Федеральное государственное унитарное предприятие «Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева» (RU)

(73) Новое наименование патентообладателя:
Борисов Юлиан Ярославович (RU)

Адрес для переписки:
117638, Москва, ул. Сивашская, д. 6, корп. 1, кв. 191, патентному поверенному И.И. Петрову

Извещение опубликовано: 20.08.2008        БИ: 23/2008

QC4A Государственная регистрация расторжения зарегистрированного договора

Дата и номер государственной регистрации расторгаемого договора:
03.06.2008 № РД0036795

Вид договора: лицензионный

Лицо(а), передающее(ие) исключительное право:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" (RU), Борисов Юлиан Ярославович (RU)

Лицо, приобретающее право использования:
Закрытое акционерное общество "Солнечный рай" (RU)

Дата и номер государственной регистрации расторжения договора: 04.07.2011 РД0083574

Дата публикации: 20.08.2011

---