Способ управления условиями потушения процесса горения

 

Изобретение относится к пожаротушению и может быть использовано для управления процессами горения горелочных устройств во всех областях их применения. Для повышения качества потушения процесса горения, возникаемого при пожаре, в способе управления условиями потушения процесса горения, включающем в себя снижение температуры горения ниже температуры потушения путем и/или охлаждения реагирующих веществ в зоне горения, и/или изоляции реагирующих веществ зоны горения, и/или разбавления реагирующих веществ в зоне горения от негорючих концентраций или концентраций, не поддерживающих горение, распыленным агентом, дополнительно управляют скоростью снижения температуры горения путем управления величиной избыточного давления агента, формируемого в виде пелены на выходе распыливающего устройства, которое направлено в зону горения, при этом управление величиной избыточного давления пелены распыляемого агента осуществляется в зависимости от площади и температуры зоны горения пожара путем и/или управления режимами подачи к распыливающему устройству агента в подающем трубопроводе, и/или управления режимами коммутации соединения выходного металлического сопла распыливающего устройства либо к контуру заземления, либо к источнику стабилизированного напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к области пожаротушения и может быть использовано для управления процессами горения горелочных устройств во всех областях их применения.

Известны способы управления условиями потушения процесса горения, в которых управление скоростью процесса горения осуществляется путем подачи в зону горения агента в виде распыленных струй [1. Книга: Пожарная тактика. Под редакцией И. Ф. Кимстача, Москва, Стройиздат, 1984 г., стр. 53-56 /аналог/].

К недостаткам известного способа следует отнести отсутствие возможности эффективного развития в пламени горения химических реакций, которые при осуществлении процесса горения смогли бы оптимально конкурировать с основными химическими реакциями окисления продуктов горения, затормаживая и блокируя их развитие, а следовательно, смогли бы оптимально затормаживать и блокировать сам процесс горения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ управления условиями потушения процесса горения, в котором управление скоростью снижения температуры горения /скоростью тушения/ в зависимости от площади и температуры зоны горения путем и/или охлаждения реагирующих веществ в зоне горения, и/или изоляции реагирующих веществ зоны горения, и/или разбавления реагирующих веществ в зоне горения до негорючих концентраций или концентраций, не поддерживающих горение, распыленным агентом [2. Патент РФ N 2030192, кл. A 62 C 2/00 /наиболее близкий аналог/].

Недостатком известного способа является тот же недостаток, который существует у приведенных выше аналогов.

Целью изобретения является повышение качества потушения процесса горения, возникаемого при пожаре.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления условиями потушения процесса горения, включающем управление скоростью снижения температуры горения /скоростью тушения/ в зависимости от площади и температуры зоны горения путем и/или охлаждения реагирующих веществ в зоне горения, и/или изоляции реагирующих веществ зоны горения, и/или разбавления реагирующих веществ в зоне горения до негорючих концентраций или концентраций, не поддерживающих горение, распыленным агентом, дополнительно, управляют скоростью снижения температуры горения путем управления дополнительно, управляют скоростью снижения температуры горения путем управления величиной избыточного давления агента, формируемого в виде распыленной пелены на выходе распыливающего устройства, которое направлено в зону горения, при этом управление величиной избыточного давления распыленной пелены осуществляется путем управления режимами подачи к распыливающему устройству агента в подающем трубопроводе и режимами коммутации соединения выходного металлического сопла распыливающего устройства либо с контуром заземления, либо с источником стабилизированного напряжения, или путем управления только режимами коммутации соединения выходного металлического сопла распыливающего устройства либо с контуром заземления, либо с источником стабилизированного напряжения.

Сопоставительный анализ известных из уровня техники технических решений и прототипа с заявляемым изобретением позволил установить соответствие заявляемого технического решения критерию " новизна".

При изучении известных технических решений в данной области техники, признаки, отличающие изобретение от наиболее близкого аналога, не были выявлены, и поэтому эти отличительные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Заявляемое техническое решение позволит при его использовании избавиться от всех недостатков, соответствующих наиболее близкому аналогу. и повысить качество управления условиями потушения процесса горения за счет дополнительного присоединения к известным способам управления условиями потушения процесса горения новых приемов управления условиями потушения процесса горения, которые в едином изобретательском замысле раскрывают сущность заявляемого изобретения и его признаки "существенные отличия", а именно: 1-й /первый/ признак: дополнительно, управляют скорость снижения температуры горения путем управления величиной избыточного давления агента, формируемого в виде распыленной пелены на выходе распыливающего устройства, которое направлено в зону горения; при этом управление величиной избыточного давления распыленной пелены осуществляется путем: 2-ой /второй/ признак: управления режимами подачи к распыливающему устройству агента в подающем трубопроводе и режимами коммутации соединения выходного металлического сопла распыливающего устройства либо с контуром заземления, либо с источником стабилизированного напряжения.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема реализации заявляемого способа.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом.

Осуществление заявляемого способа поясняется функциональной схемой, представленной на чертеже, которая содержит распыливающее устройство 1 с выходным соплом 2, на выходе которого формируется агент в виде пелены 3, направленной в зону горения 4, при этом металлическое сопло 2 соединяется электрическим проводником 5 через соответствующие управляющие ключи 6 или 7 либо с контуром заземления 8, либо с источником стабилизированного напряжения 9.

С целью повышения качества потушения процесса горения: 1-ый /первый/ признак: дополнительно, управляют скоростью снижения температуры горения путем управления величиной избыточного давления агента, формируемого в виде распыленной пелены на выходе распыливающего устройства 1, которое направлено в зону горения 4, при этом управление величиной избыточного давления распыленной пелены осуществляется путем: 2-й /второй/ признак: управления режимами подачи к распыливающему устройству 1 агента в подающем трубопроводе и режимами коммутации соединения выходного металлического сопла 2 распыливающего устройства либо с контуром заземления 8, либо с источником стабилизированного напряжения 9.

3-й /третий/ признак: или управления только режимами коммутации соединения выходного металлического сопла 2 распыливающего устройства либо с контуром заземления 8, либо с источником стабилизированного напряжения 9.

Управление режимами подачи к распыливающему устройству 1 агента в подающем трубопроводе может быть осуществлено, например: путем задания и обеспечения поддержания на заданном уровне законов и допустимых диапазонов изменения значений величин давления и температуры агента в подающем к распыливающему устройству 1 трубопроводе, законов управления продолжительности включения и отключения агента подачи в подающем трубопроводе и т.д.

Управление режимами коммутации соединения выходного металлического сопла 2 распыливающего устройства 1 электропроводящим проводником 5 через управляющие ключи 6 или 7 либо с контуром заземления 8, либо с источником стабилизированного напряжения 9 может быть осуществлено, например: путем задания и обеспечения поддержания на заданном уровне законов управления управляющими ключами 6 или 7, и/или диапазонов изменения продолжительности соединения выходного металлического сопла 2 распыливающего устройства 1 электропроводящим проводником 5 либо с контуром заземления 8, либо с источником стабилизированного напряжения 9, и/или переходных процессов напряжения, тока, заряда при коммутации управляющих ключей 6 или 7 и т.д.

Задание и обеспечение поддержания на заданном уровне указанных выше управлений режимами должно осуществляться вычислителем, в качестве которого могут использоваться аналоговые и/или электронно-вычислительные машины.

Пример реализации способа.

В качестве распыливающего устройства 1 в примере реализации использовалась форсунка, которая обеспечивала в объеме 8 литров в час, при этом в подающем к распыливающему устройству 1 трубопроводе изменения значений величины давления агента изменялись от 1,5 до 2,0 ати от 0,15 до 0,20 /МПа/ и величины температуры агента изменялись от 10 до 25^oC.

При этом в качестве агента использовали воду.

Среднее количество капель при работе распыливающего устройства 1 составило величину 20 - 10 капель, а средний диаметр капель составил величину 5 мкм /пять микрон/.

Управляющий ключ 6 был закрыт, а управляющий ключ 7 был постоянно открыт, т. е. выходное металлическое сопло 2 распыливающего устройства 1 было постоянно соединено электропроводящим проводником 5 к контуру заземления 8.

Вычислительное устройство в примере реализации способа не использовалось, а распыливающее устройство 1 работало в постоянном режиме распыления.

Потушению подвергался пожар, развитый в помещении замкнутого объема на площади 16 м². В помещении горели органические вещества, при этом температура в помещении достигла 700^oC.

Тонкораспыленный агент в виде водяной пелены 3, полученной в результате распыления воды как жидкости распыливающим устройством 1 с соплом 2, направленным в зону горения 4, за счет свойств упругости водяных паров и мелко распыленных капелек воды создает вокруг зоны горения 4 над всей площадью развиваемого повара область, в которой помимо атмосферного воздуха на эту зону горения 4 начинает воздействовать избыточное давление водяной пелены 3.

В результате возникновения области, создающей вокруг зоны горения 4 над всей площадью пожара избыточное давление водяной пелены 3, формирует эту зону горения 4 и препятствует дальнейшему проникновению и поступлению в эту зону горения 4 воздуха и кислорода, присутствующего в воздухе.

Процесс горения в своем развитии в зоне горения 4 представляет собой сложную цепь химических реакций, таких как термическая диссоциация, рекомбинация и изомеризация, а также биомолекулярные реакции и реакции изомеризации и многие другие химические реакции, которые являются основой формирования сложного механизма ионизации в едином процессе горения [ 3. Книга: Химия горения: Перевод с английского /Под редакцией У. Гардинера, М., Мир, 1988 г., стр. 216-227].

Одной из основных реакций процесса горения является химическая реакция окисления атомарного водорода с молекулярным кислородом в зоне горения 4, при которой расходуется до 80% /восьмидесяти процентов/ молекулярного кислорода [3. Книга: Химия горения: Перевод с английского / Под редакцией У.Гардинера, М., Мир, 1988 г., стр. 216-227].

В связи с известностью механизма электризации капелек воды в результате ее распыления распыливающим устройством 1, мелкие капельки водяной пелены 3 начинают вести себя как отрицательно заряженные ионы, которые, уравновешиваясь с силами тяжести, начинают, в свою очередь, плавать в воздухе, формируя водяную пелену 3 [4. И.И.Вербицкий. Электростатика и электромагнетизм. Редакционно-издательский отдел БПИ им.И.В. Сталина, 1981 г., стр. 9-10].

Процесс электризации капелек происходит за счет сил трения, возникающих вследствие взаимодействия распыляемого агента в виде водяной пелены 3 как с внутренними стенками выходного металлического сопла 2 распыливающего устройства 1, так и с воздухом атмосферы.

Поскольку водяная пелена 3 как агент имеет надежный электрический контакт через сам агент /воду / с выходным металлическим соплом 2 распыливающего устройства 1, то дополнительно, соединяя сопло 2, например, через электрический проводник 5 с контуром заземления 8, создаем условия, когда положительные электрические заряды будут свободно стекать через этот проводник в контур заземления 8, а отрицательные заряды за счет воздействия сил трения будут перераспределяться на мелко распыляемые капельки, способствуя дальнейшему развитию и ускорению механизма электризации этих капелек, а следовательно, по причине электризации этих мелко распыленных капелек воды отрицательным зарядом одного знака, плавающих в объеме воздуха, улучшению качества распыления водяной пелены 3 за счет взаимного отталкивания этих же капелек друг от друга.

Дробление струи и образование капелек происходит следующим образом. Под воздействием внешних сил и турбулентных пульсаций пелена 3 жидкости распадается на частицы различной величины и формы. Малые частицы под воздействием поверхностного натяжения принимают форму шара и образуют капли, а крупные капли продолжают распадаться дальше [5. Книга: Д.Г.Пажи, А.А.Корягин и Э.Л. Ламм. Распыливающие устройства в химической промышленности. М., Химия, 1975 г., стр. 7].

Турбулентные пульсации распыляемой водяной пелены 3 в описанном выше механизме ее дробления вызывают и соответствующие пульсации величины избыточного давления распыленных капель этой пелены 3, которые начинают плавать в воздухе в виде заряженных частиц. При этом сами пульсации величины избыточного давления, создаваемого капельками распыленной водной пелены 3 до ее распыления.

Следовательно, управляя режимами коммутации, например, режимами подключения к контуру заземления 8 и/или отключения от него выходного металлического сопла 2 распыливающего устройства 1, можно будет управлять режимами изменения турбулентных пульсаций водяной пелены, как при ее распылении, так и управлять режимами изменения турбулентных пульсаций после ее распыления, а следовательно, и управлять режимами изменения пульсации величины избыточного давления распыленной водяной пелены 3 в воздухе.

Вследствие того, что атомы атомарного водорода в зоне горения 4 по своим физическим свойствам ведут себя так же, как положительно заряженные ионы, то эти ионы, сталкиваясь с отрицательно заряженными мелкими капельками водяной пелены 3, как попадающими в зону горения 4, так и вокруг нее, начинают достаточно эффективно осуществлять нейтрализацию электрических зарядов мелких капелек водяной пелены 3, тем самым ускоряя протекание и развитие в зоне горения 4 химических реакций между атомарным водородом и молекулярной водой [3. Книга: Химия горения: Перевод с английского / Под редакцией У. Гардинера, М., Мир, 1988 г., стр. 216-227].

Кроме того, получаемые в результате ускорения протекания и развития химической реакции между атомарным водородом и молекулярной водой радикалы ОН начинают более эффективно вступать в химические реакции взаимодействия с углеводородами продуктов горения, блокируя и затормаживая тем самым протекание и развитие основной химической реакции процесса горения как взаимодействие между атомарным водородом и молекулярным кислородом, в результате чего затормаживается и блокируется дальнейшее протекание и развитие скорости распространения пламени горения, а следовательно, и дальнейшее протекание и развитие процесса горения в зоне горения 4 [3. Книга: Химия горения: Перевод с английского/ Под редакцией У.Гардинера, М., Мир, 1988 г., стр. 216-227].

Приведенные выше пояснения показывают, что водяная пелена 3, формируемая вокруг зоны горения 4 и попадаемая в нее, за счет избыточного давления мелких капелек водяной пелены 3 создает не только надежную и полную изоляцию зоны горения 4 на всей площади развиваемого пожара от поступления в нее воздуха и молекулярного кислорода, которые поддерживают развитие процесса горения, но и формируют условия протекания и развития конкурирующих химических реакций, которые эффективно затормаживают и блокируют дальнейшее развитие и протекание скорости распространения пламени горения, а следовательно, и дальнейшее развитие процесса горения.

В настоящем примере реализации способа процесс горения на всей площади развиваемого пожара при такой скорости распыления воды и формирования водяной пелены 3 был эффективно заторможен и полностью блокирован и потушен в течение 3 /трех/ минут, а за 4 /четыре/ минуты температура в помещении была снижена от 700 до 50^oC.

Указанный способ управления условиями потушения процесса горения при пожаре имеет огромное значение для народного хозяйства и является основой повышения национального достояния Российской Федерации.

Благодаря эффективности потушения пожаров создается множество предпосылок для развития в промышленности достаточно эффективных пожаротехнических систем, которые значительно повысят пожарную безопасность промышленных, жилых и нежилых объектов страны, в результате чего будут экономиться значительные финансовые средства и имущество собственников, будут обеспечиваться эффективные условия сохранения жизней при значительном сокращении времени потушения процессов горения, возникающих при пожаре.

Кроме того, указанный способ управления условиями потушения процесса горения может эффективно использоваться для управления процессом горения в промышленных горелочных устройствах.

Формула изобретения

Способ управления условиями потушения процесса горения, включающий управление скоростью снижения температуры горения в зависимости от площади и температуры зоны горения путем и/или охлаждения реагирующих веществ в зоне горения, и/или изоляции реагирующих веществ зоны горения, и/или разбавления реагирующих веществ в зоне горения до негорючих концентраций или концентраций, не поддерживающих горение, распыленным агентом, отличающийся тем, что управляют скоростью снижения температуры горения путем управления величиной избыточного давления агента, формируемого в виде распыленной пелены на выходе распыливающего устройства, которое направлено в зону горения, при этом управление величиной избыточного давления распыленной пелены осуществляется путем управления режимами подачи к распыливающему устройству агента в подающем трубопроводе и режимами коммутации соединения выходного металлического сопла распыливающего устройства либо с контуром заземления, либо с источником стабилизированного напряжения, или путем управления только режимами коммутации соединения выходного металлического сопла распыливающего устройства либо с контуром заземления, либо с источником стабилизированного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Другие изменения, связанные с зарегистрированными изобретениями

Изменения:На основании решения Верх-Исетского федерального районного суда г.Екатеринбурга от 19.09.2003 г. публикацию сведений о досрочном прекращении действия патента из-за неуплаты пошлины в установленный срок в официальном бюллетене Роспатента “Изобретения. Полезные модели” (БИПМ) считать недействительной.

Номер и год публикации бюллетеня: 13-2003

Извещение опубликовано: 10.08.2004        БИ: 22/2004

---