Генератор огнетушащего аэрозоля

Генератор может быть использован для объемного тушения в замкнутых или полузамкнутых пространствах. Для увеличения быстродействия генератор содержит корпус с цилиндрической оболочкой, передним дном и перфорированной сопловой крышкой, заряд аэрозольобразующего состава, размещенный между передним дном и кольцевой опорой, блок охлаждения, установленный на опорное кольцо, трубку, закрепленную внутри корпуса по его оси, инициатор, размещенный внутри трубки, и средство запуска. Между кольцевой опорой и опорным кольцом расположена и жестко соединена с ними полая втулка, на боковой поверхности которой выполнены окна для прохода продуктов сгорания. Заряд выполнен многошашечным, состоящим, по меньшей мере, из трех цилиндрических шашек, установленных продольно по окружности между внутренней поверхностью оболочки корпуса и наружной поверхностью трубки. Кольцевая опора закреплена на торце трубки, обращенном к блоку охлаждения, причем противоположный торец трубки закреплен на переднем дне корпуса, а боковая поверхность трубки выполнена перфорированной. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции твердотопливного аэрозольобразующего заряда и повышение надежности его функционирования. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к противопожарной технике, а более конкретно к устройствам объемного тушения, генерирующим газоаэрозольные ингибиторы горения, и может быть использовано для тушения пожаров в замкнутых или полузамкнутых пространствах, преимущественно производственных и складских помещений, моторных и багажных отсеков транспортных средств, объектов электроснабжения.

Известен генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий корпус с камерой сгорания, твердотопливный аэрозольобразующий заряд и теплопоглотитель, при этом корпус выполнен в виде двух цилиндров разного диаметра, один торец каждого цилиндра открыт, а другой снабжен дном, цилиндры соосно установлены один внутри другого таким образом, что внутренний цилиндр открытым торцом обращен к дну наружного цилиндра и между боковыми стенками цилиндров образован кольцевой зазор, причем твердотопливный аэрозольобразующий заряд установлен во внутреннем цилиндре вблизи его дна посредством перфорированной опоры со стойками, а теплопоглотитель размещен в кольцевом зазоре между боковыми стенками цилиндров, см. пат. RU, кл. А62С 37/00, №2091104, опубл. 1997.09.27. В указанном известном генераторе не решена проблема теплозащиты дна наружного цилиндра, на которое оказывает непосредственное воздействие форс от горящего канального заряда.

Известен генератор огнетушащего аэрозоля для объемного пожаротушения, содержащий корпус, твердотопливный аэрозольобразующий элемент в виде двух зарядов, инициатор и теплопоглощающий элемент, размещенный в полукорпусе с перфорированным дном и закрепленный в нем перфорированной перегородкой, заряды выполнены в виде цилиндрических одноканальных шашек из одинакового состава, на глухое дно полукорпуса напротив канала медленногорящего заряда нанесено теплозащитное покрытие, теплопоглощающий элемент выполнен в виде гранул, засыпанных в полукорпус, при этом объем полукорпуса по длине разделен по крайней мере на две секции металлическими сетками, см. пат. RU, кл. А62С 13/22, №2078599, опубл. 1997.05.10. Недостатком такого генератора является свободное расположение инициатора в виде электрозапала, что снижает надежность его срабатывания и воспламенения зарядов.

Известен беспламенный генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий цилиндрический корпус с выпускными отверстиями, воспламенитель, заряд из аэрозольобразующего состава, охлаждающий элемент и лабиринтный блок охлаждения, при этом в корпусе установлен металлический стакан, который образует с цилиндрической частью корпуса лабиринтный зазор, внутри стакана расположены заряд и охлаждающий элемент, разделенные камерой догорания продуктов горения см. пат. RU, кл. А62С 13/22, №2208463, опубл. 2003.07.20. Воспламенитель расположен непосредственно в канале заряда, что при определенных условиях может послужить причиной разрушения заряда в момент срабатывания воспламенителя и нештатного функционирования генератора в целом.

Известен генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий помещенные аксиально в корпусе через прослойку строительного гипса пиротехническую шашку, блок охлаждения из гранул абляционного материала, в сообщающейся с камерой сгорания центральной огнепередаточной трубке которого закреплен воспламенитель, связанный с устройством дистанционного управления, выпуклую крышку с распределенными выходными радиальными отверстиями и сформированный в корпусе над блоком охлаждения перфорированный ресивер, характеризующийся тем, что ресивер выше перфораций перекрыт алюминиевой мембраной, расположенной над воспламенителем, и геометрически замкнутой на корпусе по контуру крышкой, выходные отверстия которой закрыты бандажом из алюминиевой фольги, при этом воспламенитель связан с устройством дистанционного управления через закрытый коммутатор, см. пат. RU, кл. А62С 3/02, №2205671, опубл. 2003.06.10. Генератор обладает повышенной функциональной надежностью и расширенными технологическими возможностями при эксплуатации в условиях высокой атмосферной влажности. Данное известное конструкторское решение принято в качестве прототипа, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.

Недостатком прототипа является открытый торец центральной огнепередаточной трубки, из которого, как из оружейного ствола, осуществляется воспламенение пиротехнической шашки посредством расположенного в трубке воспламенителя. Такая схема огневого воздействия обеспечивает надежное воспламенение шашки, но не гарантирует ее целостность, что снижает надежность функционирования заряда. Еще одним важным недостатком прототипа является наличие в его конструкции единственного моноблочного заряда торцевого горения. При разрушении заряда такого типа в момент воспламенения или в процессе его горения неминуемо происходит существенное увеличение поверхности горения, возрастает давление в корпусе и вероятность нештатной работы генератора в целом. Кроме того, конструкция заряда не позволяет использовать для его изготовления медленногорящие аэрозольобразующие составы, при ограниченном времени срабатывания генератора. Указанные недостатки прототипа ухудшают его потребительские свойства и не позволяют использовать для целей настоящего изобретения.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в упрощении конструкции твердотопливного аэрозольобразующего заряда, повышении надежности его функционирования и увеличении быстродействия генератора. В генераторе максимально сохранены все положительные свойства прототипа, наиболее важными из которых являются использование центральной огнепередаточной трубки и возможность дистанционного управления процессом инициирования.

В конечном итоге указанный технический результат повышает надежность срабатывания генератора огнетушащего аэрозоля в целом и обеспечивает достижение высокой эффективности тушения пожаров.

Положительный результат достигается тем, что генератор огнетушащего аэрозоля, содержащий корпус с цилиндрической оболочкой, передним дном и перфорированной сопловой крышкой, заряд аэрозольобразующего состава, размещенный между передним дном и кольцевой опорой, блок охлаждения, установленный со стороны заряда на опорное кольцо, трубку, закрепленную внутри корпуса по его оси, инициатор, размещенный внутри трубки, и средство запуска, отличается от прототипа тем, что он снабжен полой втулкой, расположенной между кольцевой опорой заряда и опорным кольцом блока охлаждения и жестко соединенной с ними, при этом на боковой поверхности полой втулки выполнены окна для прохода продуктов сгорания заряда. Заряд аэрозольобразующего состава выполнен многошашечным, состоящим, по меньшей мере, из трех цилиндрических шашек, установленных продольно по окружности между внутренней поверхностью оболочки корпуса и наружной поверхностью трубки. Кольцевая опора заряда закреплена на торце трубки, обращенном к блоку охлаждения, причем противоположный торец трубки закреплен на переднем дне корпуса, а боковая поверхность трубки выполнена перфорированной.

Оптимальным с точки зрения достижения указанного положительного эффекта является выполнение полой втулки конической и ориентированной таким образом, что ее расширяющаяся часть обращена к блоку охлаждения.

Предпочтительно чтобы трубка со стороны торца, обращенного к блоку охлаждения, имела на внутренней поверхности резьбовой участок, а кольцевая опора заряда была закреплена на торце трубки посредством винта, установленного в резьбовом участке.

Принципиально возможно оснащение генератора сепаратором для образования гарантированного зазора между боковыми поверхностями цилиндрических шашек, при этом сепаратор имеет в поперечном сечении лучевую структуру, выполнен из эластичного материала и установлен на боковой поверхности трубки. Альтернативно сепаратору, наружная поверхность трубки может быть выполнена в виде правильного многогранника, количество граней которого соответствует количеству цилиндрических шашек многошашечного заряда.

Во всех исполнениях генератора предпочтительно оснащение его расположенным на внутренней поверхности переднего дна защитным кожухом для крепления средства запуска инициатора и заполнение внутренней полости защитного кожуха термостойким герметиком.

В генераторе в качестве огнетушащего аэрозоля используют продукты сгорания зарядов из специально скомпонованных самогорящих высокомолекулярных соединений типа баллиститных, пиротехнических либо смесевых порохов. Такие заряды, обладающие определенными физико-механическими характеристиками, требуют обеспечения специальных условий при транспортировании, хранении, воспламенении и функционировании для предотвращения их разрушения, особенно при интенсивных знакопеременных нагрузках и больших колебаниях температур. Полностью исключить вероятность разрушения заряда невозможно, поэтому представляется целесообразным предусмотреть уменьшение негативных последствий, связанных с этим явлением. Наиболее вероятным с точки зрения разрушения заряда является момент его воспламенения, когда действующие на него нагрузки приобретают максимальные значения.

Размещение инициатора внутри трубки с перфорированной боковой поверхностью и закрытыми торцами позволяет свести к минимуму ударное воздействие воспламенителя на заряд аэрозольобразующего состава. Кроме того, сквозные перфорационные отверстия в боковой поверхности трубки могут быть наклонными или тангенциальными и ориентированы в широком диапазоне углов. Воспламенительные газы, проделывая сложный путь перед соприкосновением с поверхностью шашки, теряют значительную часть своей кинетической энергии. Касательный характер такого соприкосновения в совокупности с однонаправленным перемещением воспламенительных газов и продуктов сгорания заряда создают оптимальные условия воспламенения и предотвращения эрозионного горения.

Выполнение заряда аэрозольобразующего состава многошашечным вкладным, состоящим из нескольких цилиндрических шашек всестороннего горения, позволяет повысить надежность работы генератора. При разрушении одной из шашек многошашечного заряда отклонение внутрибаллистических характеристик от расчетных будет не таким значительным, как при разрушении единственной шашки. Кроме того, многошашечная конструкция позволяет, не усложняя форму заряда, реализовать высокое быстродействие генератора (до нескольких миллисекунд) при использовании медленногорящих твердых топлив. Наиболее оптимальной является конструкция заряда аэрозольобразующего состава с таким количеством однотипных цилиндрических шашек, которое обеспечивает их прилегание друг к другу, к внутренней поверхности оболочки корпуса и к наружной поверхности трубки с минимальным зазором, что соответствует максимальной плотности упаковки заряда. Возможны и другие подходы к определению количества и размеров цилиндрических шашек в зависимости от конструктивного оформления генератора. Однако количество цилиндрических шашек не может быть меньше трех, поскольку в противном случае существенно увеличивается свободный объем корпуса и ухудшаются условия воспламенения заряда.

Все основные элементы генератора надежно закреплены в корпусе и дистанцированы друг от друга, что исключает возможность их нежелательного контакта, трения, разрушения или самопроизвольного срабатывания в процессе эксплуатации, особенно если генератор смонтирован на подвижном объекте, например в мотоотсеке автомобиля, судна или самолета. Средство запуска отделено от инициатора и заряда, надежно защищено защитным кожухом и зафиксировано термостойким герметиком. Трубка вместе с размещенным в ней инициатором закреплена на переднем дне корпуса и самостоятельно воспринимает все нагрузки, возникающие при срабатывании инициатора.

Особое внимание в конструкции генератора уделено креплению заряда аэрозольобразующего состава. Все шашки неподвижно зафиксированы по торцам от продольного перемещения за счет того, что кольцевая опора неподвижно закреплена на торце трубки. Кроме того, шашки заряда отделены друг от друга сепаратором, лучевая структура которых повторяет форму шашек и задает величину зазора между ними. За счет того, что кольцевая опора заряда и опорное кольцо блока охлаждения жестко соединены между собой посредством полой втулки и неподвижно размещены в корпусе, в генераторе обеспечено минимальное (в пределах величины свода горения шашек) возможное перемещение заряда в процессе его функционирования.

Коническая форма полой втулки и наличие специальных окон для прохода продуктов сгорания позволяют сформировать равномерный фронт продуктов сгорания многошашечного заряда по всей площади поперечного сечения корпуса и тем самым предотвратить неполную выработку блока охлаждения.

Техническое решение иллюстрировано чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид генератора огнетушащего аэрозоля; фиг.2 - поперечный разрез А-А генератора с сепаратором; фиг.3 - поперечный разрез генератора с трубкой в виде правильного многогранника.

Корпус генератора огнетушащего аэрозоля состоит из цилиндрической оболочки 1, переднего дна 2 и перфорированной сопловой крышки 3. В корпусе размещен многошашечный заряд аэрозольобразующего состава, состоящий из нескольких цилиндрических шашек 4 всестороннего горения. На фигурах изображен шестишашечный заряд, соответствующий рациональной схеме с высокой плотностью упаковки. Шашки 4 изготавливаются из одного и того же состава по смесевой технологии и перерабатываются методами свободного литья или литья под давлением, и имеют одинаковые геометрические размеры за исключением одной, которая выполнена укороченной. В корпусе также размещены блок охлаждения 5 и инициатор 6. По оси корпуса установлена трубка 7, боковая поверхность которой выполнена перфорированной сквозными отверстиями 8. На внутреннюю поверхность переднего дна 2 нанесен слой теплозащитного покрытия 9, который предотвращает перегрев внешней поверхности переднего дна 2. Теплозащитное покрытие 9 изготовлено из термостойкой резины и одновременно обеспечивает дополнительную продольную фиксацию шашек 4 вкладного заряда в корпусе за счет предварительного поджатия. Все шашки 4 заряда аэрозольобразующего состава установлены продольно по окружности 10 в кольцевом зазоре между внутренней поверхностью цилиндрической оболочки 1 корпуса и наружной поверхностью трубки 7, одним торцом опираются на кольцевую опору 11. На наружной боковой поверхностью трубки 7 коаксиально установлен сепаратор 12, который дистанцирует с образованием гарантированного зазора боковые поверхности шашек 4 друг от друга. На фиг.2 изображен генератор с сепаратором 12 из эластичного материала, который имеет в поперечном сечении шестилучевую структуру. Трубка 7 со стороны обоих торцов имеет на внутренней поверхности резьбовой участок 13. На торце трубки 7, обращенном к блоку охлаждения 5, закреплена кольцевая опора 11 посредством винта 14, взаимодействующего с резьбовым участком 13. Противоположный торец трубки 7 закреплен на переднем дне 2 корпуса посредством аналогичного винта 14, также взаимодействующего с соответствующим резьбовым участком 13. Блок охлаждения 5 может быть выполнен в виде засыпки механической смеси кристаллогидратов солей металлов и/или ультрадисперсных порошков ингибиторов. На фигуре блок охлаждения 5 изображен состоящим из двух частей. Каждая часть блока охлаждения 5 ограничена с обеих сторон металлическими или пластиковыми сетчатыми вставками 15. Один торец блока охлаждения 5 упирается в перфорированную сопловую крышку 3, а другой со стороны заряда зафиксирован опорным кольцом 16. Между кольцевой опорой 11 заряда и опорным кольцом 16 блока охлаждения 5 расположена жестко соединенной с ними полая втулка 17. На фигуре кольцевая опора 11, опорное кольцо 16 и полая втулка 17 изображены в виде единой детали, причем втулка 17 имеет коническую форму и обращена расширяющейся частью к блоку охлаждения 5. В боковой поверхности полой втулки 17, которая принципиально может иметь цилиндроконическую и изогнутую форму, выполнены окна 18 для прохода продуктов сгорания заряда. Внутри трубки 7 размещен инициатор 6, который представляет собой, например, электровоспламенитель с навеской зернистого пороха в легкоразрушаемом футляре и может быть каким-либо образом зафиксирован внутри трубки 7. Средство запуска 19 инициатора 6 представлено закрытым коммутатором, который соединен с устройством дистанционного управления (не показано) и электропроводами с инициатором 6. Средство запуска 19 оснащено защитным кожухом 20, который расположен на внутренней поверхности переднего дна 2. Для повышения герметичности и надежности крепления средства запуска 19, внутренняя полость защитного кожуха 20 заполнена термостойким герметиком 21. На торцевую поверхность защитного кожуха 20 со стороны заряда нанесен слой теплозащитного покрытия 9. При описанном размещении средства запуска 19 одна из цилиндрических шашек 4 заряда выполнена укороченной по отношению к остальным. Возможно исполнение генератора без сепаратора 12, в этом случае его роль исполняет наружная поверхность трубки 7, которая выполнена в виде правильного многогранника. На фиг.3 изображена трубка 7, наружная поверхность которой представляет собой шестигранник 22 и может иметь покрытие (не показано) из эластичного материала для предотвращения повреждения боковых поверхностей шашек 4 заряда при боковых перегрузках.

Генератор огнетушащего аэрозоля функционирует следующим образом. Генератор может быть установлен стационарно в месте наиболее вероятного (нежелательного) возникновения пожара либо использоваться как перемещаемый огнетушитель. В любом случае электрические контакты коммутатора средства запуска 19 должны быть подключены к цепи источника электроимпульса устройства дистанционного управления. При функционировании генератора в составе автономной системы пожаротушения, последняя содержит средства автоматического обнаружения и запуска.

После возникновения и обнаружения очага пожара управляющий импульс подается через средство запуска 19 на инициатор 6, который при срабатывании создает кратковременную вспышку пламени. Инициатор 7 является мощным источником высокотемпературных газов, которые вначале заполняют внутренний объем трубки 7 и лишь затем через сквозные отверстия 8 воздействуют на многошашечный заряд аэрозольобразующего состава. Трубка 7, таким образом, выполняет роль форкамеры, которая воспринимает давление срабатывания инициатора 6 и испускает только направленные струи высокотемпературного «мятого» газа, предотвращая разрушение заряда. Благодаря наличию сепаратора 12, или при его отсутствии - шестигранника 22 на наружной поверхности трубки 7, воспламенительные газы гарантированно направлены в зазор между цилиндрическими шашками 4, обтекая их по касательной. Такая схема воспламенения заряда является достаточно надежной и простой, поскольку обеспечивает минимальный разброс параметров и обеспечивается доступными средствами. Воспламенение и горение всех цилиндрических шашек 4 происходит практически одновременно в условиях продольного истечения продуктов сгорания. Каждая шашка 4 является независимым источником газа, но благодаря расположению их по окружности 10 и наличию трубки 7 в центре, они все вместе не образуют компактного центрального жгута пламени на входе в блок охлаждения 5. Высокотемпературные продукты сгорания многошашечного заряда аэрозольобразующего состава равномерным фронтом по всей площади поперечного сечения цилиндрической оболочки 1, проходя через окна 18 в боковой поверхности полой втулки 17 и металлические или пластиковые сетчатые вставки 15, взаимодействуют с твердофазным наполнителем блока охлаждения 5. В результате такого термогазодинамического взаимодействия высокотемпературных аэрозольсодержащих продуктов сгорания с поверхностью твердофазного охладителя происходит отщепление кристаллизированной воды, разложение механической смеси кристаллогидратов солей металлов и ультрадисперсных порошков ингибиторов углеводородных пламен. При этом происходит эффективное снижение до требуемой температуры огнетушащей газоаэрозольной смеси с 2000 K до 390...430 K и насыщение ее ингибиторами углеводородных пламен. Образующаяся в генераторе газоаэрозольная пожаротушащая смесь через проходные отверстия перфорированной сопловой крышки 3 поступает непосредственно в зону возникновения пожара. Конфигурация перфорированной сопловой крышки 3 и ее геометрические размеры обеспечивают устойчивое горение заряда и требуемые расходные характеристики.

Таким образом, все отличительные от прототипа признаки генератора огнетушащего аэрозоля направлены на получение положительного результата, а именно повышение надежности срабатывания и достижение высокой эффективности тушения. Генератор, характеризующийся описанной совокупностью существенных признаков, является новым, промышленно применим и соответствует изобретательскому уровню.

1. Генератор огнетушащего аэрозоля, включающий корпус с цилиндрической оболочкой, передним дном и перфорированной сопловой крышкой, заряд аэрозольобразующего состава, размещенный между передним дном и кольцевой опорой, блок охлаждения, установленный со стороны заряда аэрозольобразующего состава на опорное кольцо, трубку, закрепленную внутри корпуса по его оси, инициатор, размещенный внутри трубки, и средство запуска, отличающийся тем, что он снабжен полой втулкой, расположенной между кольцевой опорой заряда аэрозольобразующего состава и опорным кольцом блока охлаждения и жестко соединенной с ними, при этом на боковой поверхности полой втулки выполнены окна для прохода продуктов сгорания, заряд аэрозольобразующего состава выполнен многошашечным, состоящим, по меньшей мере, из трех цилиндрических шашек, установленных продольно по окружности между внутренней поверхностью оболочки корпуса и наружной поверхностью трубки, кольцевая опора заряда аэрозольобразующего состава закреплена на торце трубки, обращенном к блоку охлаждения, причем противоположный торец трубки закреплен на переднем дне корпуса, а боковая поверхность трубки выполнена перфорированной.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что полая втулка выполнена конической и ориентирована таким образом, что ее расширяющаяся часть обращена к блоку охлаждения.

3. Генератор по п.2, отличающийся тем, что трубка со стороны торца, обращенного к блоку охлаждения, имеет на внутренней поверхности резьбовой участок, а кольцевая опора заряда аэрозольобразующего состава закреплена на торце трубки посредством винта, установленного в резьбовом участке.

4. Генератор по п.3, отличающийся тем, что он снабжен сепаратором для образования гарантированного зазора между боковыми поверхностями цилиндрических шашек, при этом сепаратор имеет в поперечном сечении лучевую структуру, выполнен из эластичного материала и установлен на боковой поверхности трубки.

5. Генератор по п.3, отличающийся тем, что наружная поверхность трубки выполнена в виде правильного многогранника, количество граней которого соответствует количеству цилиндрических шашек многошашечного заряда аэрозольобразующего состава.

6. Генератор по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что он снабжен расположенным на внутренней поверхности переднего дна защитным кожухом для крепления средства запуска инициатора, при этом внутренняя полость защитного кожуха заполнена термостойким герметиком.