RU2208463C1

RU2208463C1 - Flameless fire-extinguishing aerosol generator

Info

Publication number: RU2208463C1
Application number: RU2002101871/12A
Authority: RU
Inventors: В.И. Калашников; А.Н. Ключников; Т.П. Коробенина; Ю.М. Милехин; Б.И. Миронов; Ю.Е. Моисеев; Б.П. Перепеченко
Original assignee: Федеральный центр двойных технологий "Союз"
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: fire-fighting equipment. SUBSTANCE: flameless fire-extinguishing aerosol generator has cylindrical casing with discharge openings, igniter, aerosol-forming compound charge, cooling member, and labyrinth-type cooling unit. Metal sleeve is mounted inside casing so as to define free discharge volume provided with discharge openings in casing and positioned between sleeve bottom and casing end and labyrinth-type gap between sleeve wall and cylindrical part of casing. Aerosol-forming compound charge and cooling member are positioned inside sleeve and separated from one another by chamber for complete burning of combustion products. Discharge openings have diameter of about 6 mm and are spaced from one another by distance of at least three diameters. Total number N of discharge openings is determined from ratio: N = A•(S/F)•(H_o/H);, where S is burning area of charge, sq.mm; F is area of one discharge opening, sq.mm; H_o=2 m - basic length of fire-extinguishing aerosol spray; H is predetermined length of fire-extinguishing aerosol spray, m; A=0.02-0.05 is empirical coefficient. EFFECT: increased efficiency in extinguishing of burning gaseous, liquid, and solid combustibles in stationary industrial, public and building rooms, as well as in automobile, river and sea vessels. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике противопожарной защиты помещений и транспорта, в частности к устройствам аэрозольного пожаротушения. The invention relates to techniques for fire protection of premises and vehicles, in particular to aerosol fire extinguishing devices.

В настоящее время известен генератор аэрозольного тушения пожаров (патент РФ 2101056 от 10.01.98 г.), содержащий корпус с выпускными отверстиями, расположенными на выпуклой поверхности корпуса, заряд из аэрозольобразующего состава (АОС), охлаждающий состав и узел инициирования. Использование охлаждающего состава ухудшает эксплуатационные характеристики огнетушащих устройств. Известно, что применение охлаждающего элемента снижает температуру продуктов сгорания (ПС), но одновременно и уменьшает пожаротушащую эффективность, характеризующую необходимый расход АОС в килограммах для тушения одного кубометра защищаемого помещения. Аналогом также является аэрозольный генератор (патент РФ 2087169, 1994 г.), содержащий корпус, заряд из пиротехнического аэрозольобразующего твердого топлива и воспламенитель, а также расположенную по периметру корпуса щель для выпуска аэрозоля. Недостатками такого вида генераторов являются наличие высокотемпературной зоны пламени за срезом выпускных отверстий и высокая температура истекающей струи ПС, превышающая 500^oС.At present, an aerosol fire extinguishing generator is known (RF patent 2101056 dated 01/10/98), comprising a housing with exhaust openings located on the convex surface of the housing, a charge from an aerosol forming composition (AOS), a cooling composition, and an initiation unit. The use of a cooling composition degrades the performance of fire extinguishing devices. It is known that the use of a cooling element reduces the temperature of the combustion products (PS), but at the same time reduces the fire extinguishing efficiency, which characterizes the required AOS consumption in kilograms to extinguish one cubic meter of the protected room. An analogue is also an aerosol generator (RF patent 2087169, 1994) containing a housing, a charge from a pyrotechnic aerosol-forming solid fuel and an igniter, as well as a slot located along the perimeter of the housing for the release of aerosol. The disadvantages of this type of generators are the presence of a high-temperature zone of flame behind the cut of the outlet openings and the high temperature of the flowing jet PS, exceeding 500 ^o C.

В качестве прототипа рассмотрено устройство для объемного тушения пожара (патент РФ 2096055 от 29.12.94 г.), содержащее заряд, установленный с зазором по отношению к корпусу, и теплообменник, причем корпус установлен в кожухе для разворота потока ПС на 180^o, а выпускные отверстия расположены по периметру крышки устройства. Недостатком конструкции является громоздкая и материалоемкая лабиринтная охладительная система кожуха, снижающая огнетушащую эффективность. После прохождения через лабиринт ПС не успевают охладиться, а истекающие продукты горения АОС частично теряют огнетушащую способность. В данной конструкции не исключен возможный вылет шлаков. Во всех вышеописанных устройствах ПС обладают повышенной токсичностью. Кроме того, известно, что пожаротушащая эффективность увеличивается с увеличением длины струи ПС. Это особенно актуально для помещений больших габаритов. Во всех вышеописанных устройствах продукты сгорания обладают недостаточно большой длиной тушащей струи.As a prototype, a device for volumetric fire extinguishing (RF patent 2096055 dated 12/29/94) was considered, containing a charge installed with a gap in relation to the housing, and a heat exchanger, the housing being installed in the housing for turning the PS flow through 180 ^o , and the exhaust holes are located around the perimeter of the device cover. The design drawback is the cumbersome and material-intensive labyrinthine cooling system of the casing, which reduces fire extinguishing efficiency. After passing through the maze, the PSs do not have time to cool, and the effluent AOS combustion products partially lose their fire extinguishing ability. In this design, the possible departure of slag is not excluded. In all of the above devices, PSs have increased toxicity. In addition, it is known that fire extinguishing efficiency increases with increasing jet stream length. This is especially true for large rooms. In all the above devices, the products of combustion do not have a long enough extinguishing stream.

Технической задачей изобретения является создание беспламенного генератора огнетушащего аэрозоля (БГОА), позволяющего обеспечить отсутствие пламени и выброс шлаков за срез выпускных отверстий, при достаточно большой длине тушащей струи и пониженной токсичности ПС. An object of the invention is the creation of a flameless fire extinguishing aerosol generator (BGOA), which allows to ensure the absence of a flame and the emission of slag from the cut of the outlet openings, with a sufficiently large length of the quenching jet and reduced toxicity of PS.

Решение указанной задачи состоит в том, что в генераторе, содержащем цилиндрический корпус с выпускными отверстиями, воспламенитель, заряд из АОС, охлаждающий элемент и лабиринтный блок охлаждения, внутри корпуса установлен металлический стакан. Для сохранения высокой пожаротушащей эффективности необходимо использовать как можно меньший вес охлаждающего элемента, что достигается за счет уменьшения диаметра выпускных отверстий и увеличения расстояния между ними. Выпускные отверстия диаметром не более 6 мм расположены друг от друга на расстоянии не менее трех диаметров, что не позволяет струям смешиваться между собой и обеспечивает эффективное снижение температуры пламени. Между дном стакана и торцом корпуса образован выпускной свободный объем с выпускными отверстиями на корпусе, в котором при горении заряда ПС охлаждаются, а раскаленные шлаки задерживаются в нем и не выбрасываются наружу. Стакан образует с цилиндрической частью корпуса лабиринтный зазор. Размеры выпускного свободного объема выбираются такими, чтобы на стенке корпуса могло расположиться любое необходимое количество выпускных отверстий. Внутри стакана расположены заряд и охлаждающий элемент, разделенные камерой догорания. При прохождении через эту камеру в продуктах горения завершаются химические реакции, что позволяет существенно понизить их токсичность. Стакан крепится к цилиндрической части корпуса с помощью перегородки с отверстиями. Эта перегородка образует лабиринтный зазор между стаканом и корпусом, обеспечивая дополнительное охлаждение ПС. Для того чтобы реализовать заданную длину струи Н тушащего аэрозозоля, которая обеспечивает эффективное тушение в помещении больших габаритов, необходимо выбрать количество N выпускных отверстий. Экспериментально установлено, что это количество при проектировании БГОА должны выбираться из соотношения
N=A•(S/F)•(H_o/H), (1)
где S - поверхность горения заряда, мм²;
F - площадь одного выпускного отверстия, мм²;
Н_о=2м - базовая длина струи тушащего аэрозоля;
Н - заданная длина струи тушащего аэрозоля, м;
А=0,02...0,05 - эмпирический коэффициент.The solution to this problem is that in a generator containing a cylindrical body with outlet openings, an igniter, a charge from AOS, a cooling element and a labyrinth cooling unit, a metal cup is installed inside the case. To maintain high fire extinguishing efficiency, it is necessary to use the smallest possible weight of the cooling element, which is achieved by reducing the diameter of the outlet openings and increasing the distance between them. Outlets with a diameter of not more than 6 mm are spaced from each other at a distance of at least three diameters, which does not allow the jets to mix with each other and provides an effective reduction in flame temperature. Between the bottom of the glass and the end of the casing, an exhaust free volume is formed with exhaust openings on the casing, in which the PS is cooled when the charge is burning, and incandescent slag is trapped in it and is not thrown out. The glass forms a labyrinth gap with the cylindrical part of the body. The dimensions of the outlet free volume are selected so that any required number of outlet openings can be located on the wall of the housing. Inside the cup are a charge and a cooling element, separated by a combustion chamber. When passing through this chamber in the combustion products, chemical reactions are completed, which can significantly reduce their toxicity. The glass is attached to the cylindrical part of the housing using a partition with holes. This partition forms a labyrinth gap between the glass and the body, providing additional cooling PS. In order to realize the given jet length H of the extinguishing aerosol, which provides effective extinguishing in a large room, it is necessary to select the number N of outlet openings. It was experimentally established that this amount should be selected from the ratio
N = A • (S / F) • (H _o / H), (1)
where S is the combustion surface of the charge, mm ² ;
F is the area of one outlet, mm ² ;
H _about = 2m - the base length of the jet extinguishing aerosol;
H - the specified length of the jet extinguishing aerosol, m;
A = 0.02 ... 0.05 is an empirical coefficient.

Внешний вид БГОА показан на чертеже. Генератор содержит корпус 11 с установленными в нем стаканом 5 и воспламенителем 10. Выпускные отверстия 7 в корпусе, из которых истекает огнетушащий аэрозоль 6, выполнены в районе выпускного свободного объема 8. Внутри стакана расположены заряд 4 и охлаждающий элемент 12, разделенные камерой догорания 3 продуктов сгорания. Стакан крепится к цилиндрической части корпуса с помощью перегородки с отверстиями 9. Между стаканом и корпусом образован лабиринтный зазор 2. Охлаждающий элемент установлен на сухарях 1. The appearance of the BGOA is shown in the drawing. The generator contains a housing 11 with a glass 5 and an igniter 10 installed in it. The exhaust openings 7 in the housing, from which the fire extinguishing aerosol 6 flows, are made in the region of the exhaust free volume 8. Inside the glass there is a charge 4 and a cooling element 12 separated by an afterburning chamber 3 products combustion. The glass is attached to the cylindrical part of the body using a partition with holes 9. Between the glass and the body a labyrinth gap is formed 2. The cooling element is mounted on breadcrumbs 1.

В качестве примера выбран БГОА, у которого параметры цилиндрического канального заряда АОС составляют: длина - 29 мм, внутренний диаметр - 20 мм, наружный диаметр - 75 мм. Диаметр выпускных отверстий составляет 5,8 мм. Расстояние между любыми рядом расположенными отверстиями составляет не менее 20 мм. Расчеты по формуле (1) позволили выбрать необходимое количество N отверстий для обеспечения заданной длины струи Н=4м:
N=0,03•(16863/26,4)•(2/4)=9,55.As an example, BGOA was chosen, in which the parameters of the cylindrical channel charge of the AOS are: length - 29 mm, inner diameter - 20 mm, outer diameter - 75 mm. The diameter of the outlet is 5.8 mm. The distance between any adjacent holes is at least 20 mm. Calculations according to formula (1) made it possible to select the required number of N holes to ensure a given jet length N = 4m:
N = 0.03 • (16863 / 26.4) • (2/4) = 9.55.

Таким образом, для обеспечения струи не менее 4 м необходимо выбрать 9 отверстий диаметром 5,8 мм. Thus, to ensure a jet of at least 4 m, it is necessary to select 9 holes with a diameter of 5.8 mm.

БГОА работает следующим образом. При пожаре инициируется воспламенитель, который зажигает заряд АОС. При горении заряда перед тем как попасть к охладителю ПС проходят камеру догорания. Здесь завершаются химические реакции и ПС теряют токсические свойства. Затем поток ПС поворачивает на 180 градусов и через лабиринтный зазор попадает в выпускной свободный объем. За пределами БГОА зона пламени отсутствует, а продукты сгорания истекают без шлаков, т.к. они задерживаются в лабиринтном зазоре и внутри выпускного свободного объема. BGOA works as follows. In case of fire, an igniter is ignited, which ignites the AOS charge. When the charge is burning, before they reach the PS cooler, they pass through the afterburner. Here chemical reactions are completed and PS lose their toxic properties. Then the PS flow is rotated 180 degrees and through the labyrinth gap it enters the exhaust free volume. Outside the BGOA, the flame zone is absent, and the combustion products expire without slag, because they linger in the labyrinth gap and inside the outlet free volume.

При испытаниях БГОА было установлено, что температура истекающего аэрозоля за срезом выпускных отверстий не превышает 250^oС. Струя тушащего аэрозоля составила более 4 м. Прошедшие натурные испытания подтвердили пожаротушащую эффективность БГОА. Сравнительные испытания генераторов с зарядами и охлаждающими элементами, имеющими соответственно одинаковую массу, показали, что огнетушащая эффективность предложенной конструкции превышает огнетушащую эффективность других существующих в настоящее время конструкций более чем в полтора раза.In tests of BGOA, it was found that the temperature of the flowing aerosol behind the outlet section does not exceed 250 ^o C. The jet of the extinguishing aerosol was more than 4 m. Passing field tests confirmed the fire extinguishing effectiveness of BGOA. Comparative tests of generators with charges and cooling elements, respectively having the same mass, showed that the fire extinguishing efficiency of the proposed design exceeds the fire extinguishing efficiency of other currently existing structures by more than one and a half times.

Предложенным БГОА можно осуществлять эффективное тушение пожара газообразных, жидких и твердых горючих веществ в стационарных помещениях промышленного, культурного и бытового назначения, а также на железнодорожном и автомобильном транспорте, речных и морских судах. The proposed BGOA can effectively extinguish a fire of gaseous, liquid and solid combustible substances in stationary premises of industrial, cultural and domestic purposes, as well as in rail and road transport, river and sea vessels.

Claims

A flameless extinguishing aerosol generator comprising a cylindrical body with exhaust openings, an igniter, a charge from an aerosol forming composition, a cooling element and a labyrinth cooling unit, characterized in that a metal glass is installed in the body in such a way that an exhaust volume is formed between the bottom of the glass and the end of the body with outlet openings on the body, the glass forms a labyrinth gap with the cylindrical part of the body, a charge and a cooling element are located inside the glass, separated the combustion products combustion chamber, and the outlet openings have a diameter of not more than 6 mm and are spaced from each other at a distance of at least three diameters, and the total number N of outlet openings is determined from the ratio
N = A • (S / F) • (H _o / H),
where A = 0.02-0.05 is an empirical coefficient;
S is the combustion surface of the charge, mm ² ;
F is the area of one outlet, mm ² ;
H _o = 2 m - the base length of the jet extinguishing aerosol;
N - the specified length of the jet extinguishing aerosol, m