Установка для пожаротушения
Установка для пожаротушения содержит резервуар для пожароподавляющего вещества и средства генерации сжатого газа такие, что генерированный газ может поступать в резервуар, когда пожароподавляющее вещество должно быть вытеснено в зону пожара. Установка согласно изобретению имеет, кроме того, средства регулирования давления внутри резервуара для пожароподавляющего вещества; таким образом давление внутри резервуара остается контролируемым в течение времени по закону, заранее определенному пользователем в зависимости от параметров и регламентирующих критериев с тем, чтобы оптимизировать действие пожароподавляющего вещества и его необходимое количество. 21 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для борьбы с пожарами, другими словами, к огнетушителям. В частности, изобретение находит свое применение в установках для пожаротушения с фиксированным местоположением, которые могут быть приведены в действие на расстоянии, в которых пожароподавляющее вещество, хранящееся в контейнере, выбрасывается из него в момент использования.
Еще более точно, изобретение имеет отношение к устройству резервуара, находящегося под контролируемым давлением, содержащего пожароподавляющее вещество.
Уровень техники
Известно, что огнетушители с резервуаром для пожароподавляющего вещества подразделяют на две основные группы. Первая категория включает аппараты постоянного давления, в которых газ обеспечивает постоянный подпор пожароподавляющего вещества в единственном сосуде, служащем резервуаром для этого вещества; пожароподавляющее вещество освобождают посредством клапана на выходе из вышеупомянутого сосуда. У аппаратов второй категории выталкивающий газ освобождают только при использовании огнетушителя для освобождения пожароподавляющего вещества, которое не хранится, следовательно, под давлением.
В качестве иллюстрации огнетушителя первого типа можно рассматривать огнетушители, используемые в настоящее время для тушения возгорания двигателей летательных аппаратов. Эти устройства, использующие хладон в качестве пожароподавляющего вещества, дают возможность не только потушить огонь, но также полностью предотвратить распространение вышеупомянутого огня.
Пожароподавляющее вещество заключено в сосуд большей частью сферической формы с инертным газом, используемым для наддува; в зависимости от требований безопасности могут быть установлены два или несколько огнетушителей. Один или несколько распределительных трубопроводов, присоединенных к вышеупомянутому сосуду, обеспечивают подачу вещества к зоне, которую необходимо защитить. На нижнем конце сосуда расположена калиброванная заглушка, дающая возможность перекрыть каждый распределительный трубопровод. В сосуде также установлен датчик давления для того, чтобы постоянно контролировать наддув в сосуде. При обнаружении огня в действие приводится пиротехнический детонатор. Возникающая при этом ударная волна делает возможным перфорацию заглушки обтюратора, что влечет за собой опорожнение сосуда, т.е. выпуск пожароподавляющего вещества под действием давления, существующего в сосуде, к зонам, которые необходимо защитить, по распределительным трубопроводам.
Первым недостатком такого типа огнетушителей с наддувом является их чувствительность к микро-утечкам, что ставит их в жесткие условия контроля, проверки и ухода.
Кроме того, нормативные акты вводят обязательные правила, требуя обеспечение длительности и минимальной концентрации, гарантирующие ликвидацию возгорания. Концентрация C(t), получаемая в зоне, является функцией расхода Qi пожароподавляющего вещества, направляемого в вышеупомянутую зону, объема V вышеупомянутой зоны, расположения средств эжекции, а также вентиляции зоны, т.е. расхода Qr свежего воздуха. Например, в том случае, когда свежий воздух не содержит никакого пожароподавляющего вещества и когда только одно пожароподавляющее вещество поступает в зону пожара по трубопроводам, получают следующее уравнение (k - константа):
Например, в аэрокосмической отрасли в настоящее время в качестве критерия, подлежащего соблюдению, введено требование, в частном случае для огнетушителей, использующих хладон, что концентрация хладона во всех зонах пожара в двигателе одновременно не должна быть менее 6% при минимальной продолжительности 0,5 секунды. Сразу после перфорации заглушки обтюратора пожароподавляющее вещество, толкаемое газом, находящимся под давлением, поступает через распределительный трубопровод до зоны возгорания двигателя. Давление в сосуде быстро падает и концентрация пожароподавляющего вещества следует колоколообразной кривой.
На фиг.1 все пять кривых представляют изменение концентрации хладона во время опорожнения сосуда, замеренной в пяти точках: видно три этапа опорожнения, а именно, выход на режим (а), максимальная концентрация (b) затем снижение концентрации (с), связанное с падением давления в сосуде до полного опорожнения. Существующие обязательные нормативные акты (d) представлены на этом чертеже: концентрация газа огнетушителя во всех зонах двигателя должна быть выше 6% в течение минимальной продолжительности 0,5 секунды. На этом чертеже представлена только одна зона возгорания, но критерий нормативных актов применим одновременно ко всем зонам возгорания. Заметно, что соблюдение этого критерия нормативных актов (d) вынуждает повышать пиковую концентрацию значительно выше минимально допустимой концентрации (от 50% до 100% концентрации), не повышая при этом существенно эффективности установки.
Наконец, пожароподавляющее вещество не заполняет полностью сосуд, так как в нем должен находиться газ наддува.
В том, что касается огнетушителей второй категории, они используют отдельное устройство для наддува. Эти аппараты борьбы с огнем оборудованы, как правило, резервуаром со сжатым газом и вторым резервуаром с пожароподавляющим веществом. При использовании аппарата сжатый газ, содержащийся в первом резервуаре, соединяют через отверстие со вторым резервуаром пожароподавляющего вещества для повышения давления в сосуде, содержащем пожароподавляющее вещество. После наддува пожароподавляющего вещества, оно эжектирует для борьбы с возгоранием, как и у огнетушителей первой категории. Фактически, как только выталкивающий газ освобожден, следует отметить, что огнетушители второй категории и первой идентичны и, следовательно, имеют те же недостатки.
В некоторых случаях у генераторов второй категории первый резервуар сжатого газа может быть заменен генератором газа, как описано в документе WO 98/02211. Однако необходимое время реакции между включением огнетушителя и эжекцией пожароподавляющего вещества неприемлемо для некоторых случаев возгорания или подозрения на возгорание, например, в аэронавтике. Кроме того, не решена проблема контроля концентрации пожароподавляющего вещества в зоне, подлежащей защите.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является устранение описанных выше недостатков огнетушителей, в частности для двигателей летательных аппаратов.
Согласно изобретению установка для пожаротушения содержит резервуар огнетушителя для пожароподавляющего вещества, средства генерации сжатого газа, соединительные средства для обеспечения сообщения между резервуаром со средствами генерации газа таким образом, что газ, генерированный средствами генерации сжатого газа, мог бы проникнуть в резервуар огнетушителя, при этом средства регулирования давления, создаваемого генерированным газом в резервуаре огнетушителя, выполнены с возможностью поддержания в резервуаре давления, отличающегося менее чем на 10% от номинального значения в течение определенной первой длительности.
Давление в резервуаре огнетушителя в отсутствии генерированного газа - это давление окружающей среды.
Пожароподавляющее вещество может быть в жидком состоянии.
Средства для генерации сжатого газа могут состоять из одного резервуара для сжатого газа, а средства регулирования давления имеют клапан регулирования расхода между резервуаром для сжатого газа и резервуаром для пожароподавляющего вещества.
Установка может содержать несколько резервуаров для сжатого газа. При этом она содержит несколько клапанов регулирования расхода между резервуаром для пожароподавляющего вещества и, по меньшей мере, одним резервуаром для сжатого газа.
Предпочтительно, средства для генерации сжатого газа включают генератор газа, снабженный корпусом с выходным отверстием, в соединении со средствами сообщения и патроном с блоком из пиротехнического материала, служащего генератором выталкивающего газа. При этом средства регулирования давления включают устройство зажигания, а параметры генератора газа - Р - давление торможения в корпусе, размер At отверстия и площадь Sc поверхности блока пиротехнического материала - выбирают таким образом, чтобы расход (Q) газа, возникающего в результате сгорания пиротехнического материала на выходе из отверстия подчинялся заранее определенному и контролируемому закону.
Предпочтительно, параметры газа (At, Р, Sc) выбирают таким образом, чтобы давление торможения (Р) в корпусе генератора газа было бы в два раза выше давления, создаваемого расходом (Q) газа в резервуаре огнетушителя во время работы.
Выходное отверстие корпуса может быть выполнено с соплом.
Целесообразно сопло выполнять таким образом, чтобы в наименьшем сечении сопла газ, возникающий в результате сгорания пиротехнического материала, имел бы скорость, равную скорости звука.
Корпус генератора газа может быть расположен снаружи огнетушителя.
Средства управления могут быть пригодны для управления средствами регулирования в зависимости от параметров управления.
Предпочтительно, средства управления имеют средства для замера концентрации пожароподавляющего вещества в зоне, подлежащей обработке, и вышеупомянутая концентрация является одним из параметров управления.
Средства управления могут иметь средства для обнаружения огня и вышеупомянутое обнаружение является одним из параметров управления.
Средства управления могут иметь средства ручного включения и ручное включение является одним из параметров управления.
Средства управления могут иметь средства блокировки.
Целесообразно, чтобы установка включала средства распределения пожароподавляющего вещества, контролируемые средствами управления.
Средства распределения могут содержать тарированную заглушку.
Средства регулирования давления способны удерживать переменное давление, отличающееся от номинального значения не более чем на 5% внутри резервуара в течение не менее 2 с.
Средства регулирования давления способны, кроме того, удерживать давление внутри резервуара по предварительно определенному закону в течение второй длительности.
Краткое описание чертежей
Схематические чертежи, приведенные в приложении, помогут лучше понять изобретение, но они даны только в качестве иллюстраций и ни в коей мере не являются ограничивающими.
Фиг.1, уже описанная, представляет кривые концентрации пожароподавляющего вещества в различных точках одной и той же зоны пожара для классического огнетушителя под давлением.
Фиг.2 представляет установку для пожаротушения согласно одному из способов реализации изобретения.
Фиг.3 показывает альтернативу устройству для пожаротушения согласно изобретению.
Фиг.4 показывает другой способ реализации огнетушителя согласно изобретению.
Фиг.5 представляет кривую концентрации пожароподавляющего вещества в одной точке одной зоны пожара для известного огнетушителя и огнетушителя согласно изобретению.
Фиг.6А и 6В показывают пример геометрии блока пропергола и характеры изменения во времени концентрации и расхода газа.
Фиг.7А и 7В показывают другой пример геометрии блока пропергола и характеры изменения во времени концентрации и расхода газа.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.2, установка для пожаротушения 1 или огнетушитель включает сосуд 4, например, сферический, который служит резервуаром для пожароподавляющего вещества 6. Сосуд 4 находится преимущественно под давлением окружающей среды; пожароподавляющее вещество может быть в жидком состоянии: действительно, точный контроль наддува, описанный выше, во все время эжекции пожароподавляющего вещества из сосуда 4 делает возможным использование новых пожароподавляющих веществ, которые трудно распылять, например, при очень низком давлении насыщенного пара (близком к растворителям), которые находятся чаще всего в жидком состоянии именно в диапазоне температур, представляющих интерес для аэронавтики.
Сосуд 4 имеет одно или несколько выходных отверстий 8, которые могут быть соединены с распределительным трубопроводом 10 с тем, чтобы сделать возможным эжекцию пожароподавляющего вещества 6 в зону 12, подлежащую обработке. Предпочтительным образом выходные отверстия 8 расположены с той стороны, где накапливается пожароподавляющее вещество, т.е., как правило, в нижней части сосуда 4. Преимущественно, каждое выходное отверстие 8 перекрыто запорным устройством 14 с тем, чтобы сохранять пожароподавляющее вещество в сосуде 4 до приведения его в действие. В частности, если отверстие 8 - единственное отверстие, то запорное устройство 14 может быть, например, тарированной заглушкой, т.е. мембраной, которая разрывается или открывается как только давление внутри сосуда 4 достигает некоторого порогового значения. Запорное устройство 14 может быть также клапаном, преимущественно контролируемым на расстоянии либо вручную, либо посредством механизма управления, соединенного, например, со средствами наддува сосуда 4. Другие запорные устройства известны, например, по документам WO 93/25950 или US-A 877051 и коммерчески доступны.
Кроме того, установка для пожаротушения 1 включает средства 16 для генерации сжатого газа, соединенные со средствами 18 регулирования давления в сосуде 4. Средства 16 для генерации сжатого газа соединены с сосудом 4 пожароподавляющего вещества посредством трубопровода 20 и отверстия 22 в сосуде 4. Преимущественно, отверстие 22 средств 20 соединения между резервуаром для пожароподавляющего вещества и средствами 16 генерации сжатого газа расположено с противоположной стороны по отношению к выходному отверстию 8.
Средства 16 для генерации сжатого газа могут состоять по способу осуществления изобретения, показанному на фиг.2, из одного резервуара для сжатого газа. В данном случае преимуществом является использование в качестве средства 18 регулирования давления в сосуде 4 шибера или клапана, встроенного в трубопровод 20. Клапан может быть предварительно отрегулирован таким образом, чтобы обеспечить такой расход газа в трубопроводе 20, чтобы давление в сосуде 4 изменялось бы по заранее определенному закону. Например, он может иметь диаметр отверстия, непосредственно зависящий от давления, существующего в сосуде 4. Действительно, давление в сосуде 4 непосредственно зависит от содержащегося в нем сжатого газа: зная размеры сосуда 4 и мгновенный расход эжектируемого газа, связанный с расходом пожароподавляющего вещества через выходное отверстие 8, легко моделировать закон изменения давления внутри сосуда 4 в зависимости от расхода входящего газа.
Предпочтительным образом клапан 18 соединен с устройством 24 управления, которое позволяет изменять параметры открытия и/или закрытия клапана 18 либо вручную, либо в зависимости от измеренных сигналов (см. далее), благодаря линии 26 управления. Возможно также контролировать выход пожароподавляющего вещества в зависимости от измерения его концентрации в зоне 12 пожара. В этом случае можно иметь одновременное управление устройствами 18 и 24.
Линия 26 управления может быть также использована «в обратном направлении» с тем, чтобы использовать параметры расхода в соединительном трубопроводе 20 и/или параметры давления в сосуде 4 для управления другими функциями установки для пожаротушения 1. Например, система 24 управления, реагируя на сигнал, поступающий от клапана 18, может управлять по линии 28 управления открытием клапана 14, расположенным на распределительном трубопроводе 10 с тем, чтобы задержать открытие до достижения давлением в сосуде 4 минимального значения, или контролировать параметры открытия с тем, чтобы адаптировать их к этому давлению и таким образом обеспечить постоянную концентрацию пожароподавляющего вещества в зоне 12 пожара. Другая возможность осуществлять регулирование согласно изобретению состоит в подаче команды 30 регулирования непосредственно к средствам 16 генераций сжатого газа. Например, если газ в резервуаре 16 сжимают механическим путем по потребности, возможно воздействовать на механические параметры с тем, чтобы увеличить или уменьшить создаваемое давление в резервуаре 16 и, таким образом, изменять давление внутри сосуда 4. В этом случае клапан 18, установленный на соединительном трубопроводе 20, может быть выполнен более простым: только для двух положений, а именно открытие и закрытие.
Другой способ осуществления изобретения имеет отношение к наличию нескольких резервуаров предварительно сжатого газа в качестве средства генерации сжатого газа в сосуде 4 для пожароподавляющего вещества (см. фиг.3). В этом случае возможно, что каждый резервуар 161, 162 соединен с сосудом 4 собственным трубопроводом 201, 202, оборудованным собственным клапаном 181, 182 регулирования. Возможно также предусмотреть только один клапан 186, установленный на трубопроводе 206, ведущем к сосуду 4, и несколько резервуаров 163, 164, 165, соединенных между собой.
Для специалиста ясно, что эти примеры имеют иллюстративный характер: могут быть использованы и другие средства согласно принципу изобретения для генерации сжатого газа для обеспечения эжекции пожароподавляющего вещества. Применимы химические реакции в результате смеси продуктов, например, или газовые компрессоры, расположенные поблизости или на удалении от вышеупомянутой установки.
Другой способ осуществления изобретения имеет отношение к генератору 32 газа в виде пиротехнического патрона. Преимущественным образом и так, как показано на фиг.4, генератор расположен снаружи сосуда 4; он образован корпусом 34 с устройством 36 зажигания и содержит патрон 38 из пиротехнического материала такого, как пропергол. Газы, возникающие в результате сгорания пиротехнического материала 38, попадают в сосуд 4 через выходное отверстие 40 корпуса 34. Преимущественно, выходное отверстие выполнено с соплом 42, по возможности такой формы, чтобы скорость звука достигалась бы в наименьшем сечении сопла 42, что позволяет изолировать генератор 32 газа от сосуда 4 и, следовательно, не нарушает процесс сгорания пиротехнического материала 38 (при отсутствии сопла давление в сосуде 4 и генераторе 32 одинаково).
С таким устройством возможно калибровать горючий материал 38 таким образом, чтобы получить определенный расход газа, выходящего из корпуса 34 через отверстие 40: средства регулирования давления в этом случае встроены непосредственно в генератор 32 сжатого газа и достаточно простой команды на устройство 36 зажигания, например, при помощи системы, подобной той, которая дана на фиг.2, для контроля давления внутри сосуда и, следовательно, на выходе 8 из огнетушителя 1; в результате концентрация вещества в зоне 12 пожара может следовать заранее определенному закону.
Действительно, различные соотношения позволяют связать между собой различные параметры (давление, скорость горения и площадь поверхности горения, выход газа …) с тем, чтобы, в конце концов, оптимизировать геометрию блока горючего материала, корпуса и начальных условий для пиротехнического материала для достижения желаемых результатов. Так, расход газа, являющегося продуктом горения такого пиротехнического материала 38, как пропергол составляет
где Q - расход (кг/с),
ρ - плотность пропергола (кг/м3),
Sc - площадь поверхности горения пропергола (м2),
Vc - скорость горения пропергола (м/с).
С другой стороны, скорость горения пропергола Vc является функцией давления в камере сгорания, называемого также давлением торможения:
где a, n - коэффициенты, зависящие от состава пропергола и определяемые экспериментально,
Р - давление торможения (Па).
Расход газа, проходящего через сопло, выражается следующей формулой:
где At - площадь минимального сечения сопла (м2),
1/Cet - коэффициент расхода, зависящий от природы газа (с/м).
Достаточно решить эти уравнения итерационным методом в зависимости от присущих выбранному проперголу характеристик (ρ, а, n, Cet) и условий эжекции инертного газа (At, Р, Vc) таких, которые желаемы для контроля расхода Q газа, получаемого в результате сгорания материала.
Контроль расхода Q влечет за собой контроль давления в сосуде 4 во время истечения.
В частности, желательно иметь оптимальную концентрацию пожароподавляющего вещества 6 в зоне 12 пожара. На фиг.5 приведен пример получаемого графика зависимости концентрации пожароподавляющего вещества на выходе из огнетушителя 1 согласно изобретению. Кривая 44 показывает изменение концентрации пожароподавляющего вещества во времени в одной точке зоны 12 пожара по состоянию техники, а кривая 46 показывает изменение концентрации пожароподавляющего вещества во времени в той же точке зоны пожара для установки согласно изобретению, закон расхода которого выбран в форме «зубца», т.е. расход практически постоянен во время эжекции пожароподавляющего вещества (а именно, во время сгорания пиротехнического блока в том случае, когда такое решение подходит) за исключением фаз выхода на режим и остановки. Лимит 48 соответствует действующим в аэронавтике нормативным критериям. Как можно видеть на этом графике, можно управлять давлением в сосуде таким образом, чтобы иметь постоянную концентрацию в течение определенного отрезка времени или иметь переменную концентрацию в зависимости от потребности в рассматриваемой зоне пожара. На основании этого установка согласно изобретению может обеспечить ступенчатый закон изменения концентрации (или другой, если необходимо), что позволяет улучшить производительность выталкивания, повышая время постоянной концентрации над порогом концентрации пожароподавляющего вещества, необходимое для пожаротушения и/или уменьшая массу вещества, принимаемого на борт, при той же ожидаемой эффективности пожаротушения.
В частности заранее определенный закон изменения давления, получаемый благодаря регулированию согласно изобретению, может быть таким, что давление в резервуаре оказывается почти постоянным в течение некоторого времени, обычно более 2 с, т.е. давление не изменяется более чем на 10%, преимущественно, менее чем на 5% и даже менее чем на 2% по отношению к номинальному значению. Давление может на этой площадке изменяться линейно или быть в форме «сплющенной» кривой Гаусса.
Продолжительность основного закона изменения регулирования может быть выше этой площадки, например порядка 6 с. В течение периода, соответствующего регуляции, возможно рассматривать также, например, различные пороги концентрации в зоне пожара и иметь в этом случае последовательность площадок давления или одну сплющенную кривую Гаусса, продолженную линейно уменьшающейся контролируемой зависимостью.
Пример.
В рамках этого примера принимаем, что пожароподавляющее вещество 6 имеет характеристики, близкие к характеристикам хладона. В частности из-за наддува давление его насыщенного пара таково, что он находится в жидком состоянии и по предположению несжимаем в сосуде 4 и в распределительном трубопроводе 10 до уровня реактивного сопла. На выходе он разбрызгивается и испаряется в зоне 12 пожара.
Благодаря средствам регулирования давления, можно определить первую фазу (называемую «booster»), во время которой время, необходимое для достижения в соответствующей зоне пожара концентрации вещества равной и превышающей концентрацию пожаротушения, фиксировано. Известно, что в этой фазе при t=0, концентрация равна нулю, откуда
Пренебрегая потерями давления в трубопроводе 10 между сосудом 4 и зоной 12 пожара, получают мгновенный расход Qi в зоне 12 пожара
где Kb - коэффициент расхода реактивного сопла,
Sb - площадь проходного сечения этого реактивного сопла,
ρ1 - плотность пожароподавляющего вещества 6 в жидком состоянии,
Pi - давление в сосуде 4,
Pa - давление в зоне 12 пожара.
После этой фазы желательно удерживать концентрацию в зоне пожара на уровне, близком к уровню, достигнутому в конце первой фазы (фазы «sustainer»). Имеют:
откуда следует Qi2=Cmax·Qr/(1-Cmax).
В частности:
пусть сосуд 4 емкостью 8 л при давлении 50 бар перед открытием отверстия 8 эжекции (с характеристиками реактивного сопла 10 Kb=0,85 и Sb=9,8·10-6 м2), при этом пожароподавляющее вещество 6 имеет плотность ρ1=1,538 кг/м3 в жидком состоянии и ρg=6,647 кг/м3 в газообразном состоянии,
желательно воздействовать на зону пожара объемом V=5,04 м3 при давлении 1 атм, с притоком воздуха Qr=0,59 м3/с,
желательно достичь значения Cmax=7% в конце 2,8 с;
получают расход в зоне 12 пожара во время первой фазы Qi1=1,023 кг/с или 0,665 л/с жидкого пожароподавляющего вещества, выходящего из сосуда; во время второй фазы расход Qi2=0,29 кг/с или 0,19 л/с жидкости, выходящей из сосуда, что требует создания давления в сосуде 4,94 бар.
Так, как было уточнено выше, газ, необходимый для наддува сосуда, запасен в корпусе 16 под давлением с устройством регулирования расхода, установленным между этим корпусом и сосудом 4. Возможно также использовать генератор 32 пиротехнического газа. Расчеты будут проведены для пропергола, взятого только в качестве не ограничивающего примера, со следующими характеристиками:
Cet=1034 м/с
ρ=1600 кг/м3
a=1,7·10-6
n=0,5
выход газа на сжигаемую единицу топлива: 1,2 л/г.
Желаемый расход во время первой фазы Qi1=0,665 л/с, т.е. расход газа, выходящего из генератора Q=50·0,665/1,2=27 г/с=0,027 кг/с.
Скорость сгорания в камере и, следовательно, толщина выгоревшего слоя Ер за 2,8 секунды, за которые продолжается первая фаза, и во время которой пытаются сохранить давление Р порядка 50 бар, равна
Ep=2,8·Vc=10,6 мм.
Это эквивалентно поверхности горения
Во время второй фазы расход Qi2=0,29 и давление Pi=4,94. Выход газа из генератора, следовательно V=0,19·4,94=0,94 л/с=0,78·10-3 кг/с, что соответствует поверхности сгорания 406 мм2 при длительности 3,4 секунды.
Поверхности (4440 и 604 мм2) могут быть получены различными способами, с блоками, сгорающими с одной стороны («сигарета»), по многим сторонам, каждая сторона может быть частично покрыта защитным слоем… Форма, которую придают блоку, зависит от условий производства, изменения поверхности, но также от способа зажигания (с одной стороны или по одной поверхности, например). Возможно оптимизировать изменение поверхности горения в течение времени для получения желаемого закона изменения расхода.
Пример реализации блока 60 приведен на фиг.6А. Поверхность горения для фазы «booster» - это круг радиуса R; поскольку для фазы «sustainer» требуемый расход значительно меньше, поверхность горения ограничивается кольцом 64 с наружным радиусом R и толщиной Е. Горение этого кольца начинается только после сгорания стороны 62 радиуса R (блок 60 горит как сигарета слева направо, за исключением защищенных сторон 66). Принимая R=37,6 мм и Е=2 мм, получают соответствующие поверхности с толщиной сгорания Ер=10,6 мм.
Во второй фазе толщина, которая должна выгореть, (в осевом направлении), по меньшей мере, равна времени горения, умноженному на скорость горения при рабочем давлении, т.е. Ер2=4,1 мм. Эта длина может быть увеличена, если этого требует механическое состояние блока 60 пропергола: в это время происходит окончание опорожнения сосуда 4 и длительность горения может быть увеличена без каких либо отрицательных последствий, кроме увеличения массы пропергола.
Так, как показано на фиг.6В, в фазе «booster» значительная поверхность 60 горения пропергола быстро приводит к генерации такого количества газа, которое достаточно для повышения давления в сосуде до 60 бар. При этом давлении объем пожароподавляющего вещества, выходящего из сосуда (после разрыва заглушки), полностью уравновешен объемом входящего газа, генерируемого в результате сгорания блока, и, следовательно, имеет место стабилизация давления в 50 бар и расхода, которые остаются, таким образом, постоянными. Этот расход пожароподавляющего вещества приводит к быстрому росту концентрации С пожароподавляющего вещества в зоне пожара до достижения максимальной желаемой концентрации, т.е. 7%.
В этот момент изменение горения блока 60 таково, что поверхность горения уменьшается до кольцевой поверхности 64. Расход газа теперь недостаточен для поддерживания в сосуде давления в 50 бар. Устанавливается новый равновесный режим между объемом входящего газа и объемом выходящего вещества при давлении примерно 5 бар. При этом давлении расход вещества таков, что его концентрация в зоне пожара остается постоянной (или почти постоянной) на уровне, достигнутом в конце первой фазы, т.е. 7%.
Конец фазы «sustainer» соответствует полному опорожнению сосуда. Затем наступает фаза, называемая «обновление», когда концентрация пожароподавляющего вещества быстро падает и происходит вентиляция зоны.
Следует отметить, что возможно использование двух видов пропергола для двух фаз горения, что позволяет иметь дополнительную степень свободы при определении размеров поверхности горения.
Эти параметры рассчитаны в качестве примера и ясно, что возможны любые модификации. Специалист легко определит различные варианты и их расположение, чтобы наилучшим образом получить желаемый результат, в частности, чтобы давление внутри сосуда 4 следовало идеальному закону изменения концентрации пожароподавляющего вещества для предполагаемого использования.
В частности, согласно применению, может возникнуть необходимость более чем двух фаз. Например, для зоны объемом V=4,39 м2, достаточно сильно вентилируемой, с расходом вновь поступающего воздуха Qr=2,99 мм3/с желательно иметь фазу «booster», подобную предыдущей. Желательно также сохранить эту концентрацию во время первой фазы «sustainer 1» в течение 3 с, затем сделать другую площадку во время первой фазы «sustainer 2» в течение 2,9 с, с концентрацией 6% и это до полного опорожнения сосуда.
Расчеты выполняют аналогично расчетам для предыдущего примера с новыми численными значениями:
фаза «booster»: расход вещества = 1,728 кг/с при давлении 50 бар, что приводит к поверхности горения 7695 мм2 с характеристиками, данными ранее;
фаза «sustainer1»: расход вещества = 1,497 кг/с при давлении 37,8 бар, что приводит к поверхности горения 5795 мм2;
фаза «sustainer2»: расход вещества = 1, 2 кг/с при давлении 27,4 бар, что приводит к поверхности горения 4186 мм2.
Возможная форма блока пропергола 70, обеспечивающего работу в соответствии со спецификацией, показана на фиг.7А, причем, блок сгорает как сигарета слева направо за исключением защищенной поверхности 72; закон изменения концентрации, полученный для такого блока, представлен на фиг.7В. Размеры блока следующие:
| R=49,5 мм | Ер=10,6 мм |
| R1=24,6 мм | Ep1=9,9 мм |
| R2=33,4 мм | Ep2≥8,1 мм. |
Кроме того, и так как показано на фиг.2, возможно предусмотреть средства для измерения концентрации в реальном времени в зоне 12 пожара, например, при помощи датчика, установленного в зоне 12 пожара или на трубопроводе 10. Замеренная концентрация 50 может быть использована в качестве средства 24 управления для более точного регулирования давления внутри сосуда и/или открытия клапана 14 эжекции.
Для контроля средств 18 регулирования могут быть использованы другие параметры. Например, сигнал 52, исходящий от детектора возгорания, может быть использован в качестве включателя открытия средств 20 сообщения между резервуаром 16 давления и корпусом огнетушителя или в качестве включателя механизма 36 зажигания в случае использования генератора 32 газа. Может быть предпочтительным использование устройства 54 блокировки средств 24 управления. Также может быть полезным предусмотреть ручное устройство 56 включения на корпусе средств 24 управления и/или средств 18 регулирования давления.
Представленное выше описание не исключает, естественно, любых альтернатив, которые могут быть использованы специалистом при реализации объекта согласно изобретению. В частности, возможны различные комбинации между разными представленными способами реализации. Кроме того, если средства 24 управления здесь централизованы для контроля различных механизмов, ясно, что возможно вместо единого блока контроля иметь отдельные системы управления для каждого датчика и/или управляемого устройства.
1. Установка для пожаротушения (1), содержащая:
резервуар (4) огнетушителя для пожароподавляющего вещества (6),
средства (16, 32) генерации сжатого газа,
соединительные средства (20, 40) для обеспечения сообщения между резервуаром (4) со средствами генерации (16, 32) газа таким образом, что газ, генерированный средствами генерации сжатого газа, мог бы проникнуть в резервуар (4) огнетушителя, отличающаяся тем, что средства (18, 36, 38) регулирования давления, создаваемого генерированным газом в резервуаре (4) огнетушителя, выполнены с возможностью поддержания в резервуаре (4) давления, отличающегося менее чем на 10% от номинального значения в течение определенной первой длительности.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что давление в резервуаре (4) огнетушителя в отсутствие генерированного газа - это давление окружающей среды.
3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что пожароподавляющее вещество может быть в жидком состоянии.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средства для генерации сжатого газа могут состоять из одного резервуара (16) для сжатого газа и средства регулирования давления имеют клапан (18) регулирования расхода между резервуаром (16) для сжатого газа и резервуаром (4) для пожароподавляющего вещества.
5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что она содержит несколько резервуаров (161-165) для сжатого газа.
6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что она содержит несколько клапанов (181, 182, 186) регулирования расхода между резервуаром (4) для пожароподавляющего вещества и, по меньшей мере, одним резервуаром (161-165) для сжатого газа.
7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средства для генерации сжатого газа включают генератор (32) газа, снабженный корпусом (34) с выходным отверстием (40), в соединении со средствами сообщения, и патроном (38) с блоком из пиротехнического материала, служащего генератором выталкивающего газа.
8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что средства регулирования давления включают устройство (36) зажигания, и тем, что параметры генератора газа - Р - давление торможения в корпусе (34), размер At отверстия (40) и площадь Sc поверхности блока пиротехнического материала выбирают таким образом, чтобы расход (Q) газа, возникающего в результате сгорания пиротехнического материала (38) на выходе из отверстия (40), подчинялся заранее определенному и контролируемому закону.
9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что параметры газа (At, Р, Sc) выбирают таким образом, чтобы давление торможения (Р) в корпусе (34) генератора газа (32) было бы в два раза выше давления, создаваемого расходом (Q) газа в резервуаре (4) огнетушителя во время работы.
10. Установка по п.7, отличающаяся тем, что выходное отверстие (40) корпуса (34) выполнено с соплом (42).
11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что сопло (42) выполнено таким образом, чтобы в наименьшем сечении сопла (42) газ, возникающий в результате сгорания пиротехнического материала, имел бы скорость, равную скорости звука.
12. Установка по п.7, отличающаяся тем, что корпус (34) генератора газа (32) расположен снаружи огнетушителя (4).
13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средства управления (24) пригодны для управления средствами регулирования (18, 36) в зависимости от параметров управления.
14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что средства управления (24) имеют средства для замера концентрации пожароподавляющего вещества в зоне, подлежащей обработке, и вышеупомянутая концентрация (50) является одним из параметров управления.
15. Установка по п.13, отличающаяся тем, что средства управления (24) имеют средства для обнаружения огня и вышеупомянутое обнаружение (52) является одним из параметров управления.
16. Установка по п.13, отличающаяся тем, что средства управления (24) имеют средства ручного включения, и ручное включение (56) является одним из параметров управления.
17. Установка по п.13, отличающаяся тем, что средства управления (24) имеют средства блокировки (54).
18. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она включает, кроме того, средства распределения (10) пожароподавляющего вещества, контролируемые средствами управления (24).
19. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она включает, кроме того, средства распределения (10) пожароподавляющего вещества.
20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что средства распределения (10) содержат тарированную заглушку (8).
21. Установка по любому из пп.1-20, отличающаяся тем, что средства (18, 36, 38) способны удерживать переменное давление, отличающееся от номинального значения не более чем на 5% внутри резервуара (4) в течение не менее 2 с.
22. Установка по любому из пп.1-20, отличающаяся тем, что средства (18, 36, 38) способны, кроме того, удерживать давление внутри резервуара (4) по предварительно определенному закону в течение второй длительности.
