Способ пожаротушения и установка для осуществления этого способа - RU2126282C1

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к способу пожаротушения и к установке для осуществления этого способа.

Проблема тушения пожара в помещении с помощью предпочтительно автоматически срабатывающей установки для пожаротушения заключается в том, что как основной очаг пожара и вторичные очаги пожара, так и, как правило, очаги пожара меньшего размера, могут и не быть погашены полностью, и они остаются тлеющими.

Трудногасимыми тлеющими очагами пожара являются, в частности, пожары в верхней зоне помещения, где стены стыкуются с потолком, например, пожары в кабелях.

Известен способ пожаротушения, в особенности в помещениях, заключающийся в формировании на первом этапе струи жидкости со сравнительно большими каплями и хорошей проникающей способностью, и затем в формировании смешанной струи с меньшими каплями, содержащей смесь жидкости и негорючего газа (а. с. СССР N 1225585)
В этом же авторском свидетельстве СССР описана установка для тушения пожара, в особенности пожара в помещении, содержащая распылительную головку для формирования струи жидкости и подающее устройство с, по меньшей мере, одним гидравлическим аккумулятором, содержащим выход, соединенный с распылительной головкой, пространство для жидкости, пространство для газа и трубку, проходящую от нижней части пространства для жидкости через пространство для газа к выходу, и снабженную, по меньшей мере, одним отверстием в ее стенке, расположенным на заданном расстоянии от выходного конца трубки и имеющим диаметр заданного размера для прохода вытесняющего газа в трубку через одно или каждое отверстие в стенке при понижении уровня жидкости в, по меньшей мере, одном гидравлическом аккумуляторе до этого одного или каждого отверстия и для смешивания вытесняющего газа и жидкости с образованием смешанной струи.

Однако данные способ и устройство не позволяют получать туманообразную струю жидкости, имеющую особо хорошую проникающую способность и особо предпочтительную для пожаротушения, а также рассеянную струю с очень маленькими каплями, применяемую для тушения тлеющих очагов пожара.

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для тушения пожара, которые позволили бы повысить эффективность пожаротушения, а также позволили бы избегать возможности повторных возгораний.

Данная задача согласно одному аспекту изобретения достигается посредством способа пожаротушения, в особенности в помещениях, заключающегося в формировании на первом этапе струи жидкости со сравнительно большими каплями и хорошей проникающей способностью, и затем в формировании смешанной струи с меньшими каплями, содержащей смесь жидкости и негорючего газа, в котором, согласно изобретению на первом этапе используют высокое давление до 300 бар, капли распыляют через множество сопел, расстояния между которыми, их направление и выходные отверстия, а также давление распыляемой жидкости взаимосвязаны так, что создают всасывание, обеспечивающее формирование концентрированной туманообразной струи жидкости для, по меньшей мере, подавления пожара, а на последующем этапе формирование концентрированной туманообразной струи жидкости прекращают путем понижения давления, и формируют распыляемую через сопла рассеянную смешанную струю с меньшими каплями в виде турбулентного жидкостного тумана посредством добавления в жидкость и смешивания с ней негорючего газа для тушения тлеющих очагов пожара.

Под туманообразной струей понимается струя из мелких капель с диаметром, как правило, от 30 до 150 микрон и предпочтительно находящихся в сильном вихревом движении. Как упоминалось ранее, под высоким давлением зарядки здесь, как правило, понимается давление от примерно 30 бар до примерно 300 бар в отличие от рабочего давления, как правило, 2-10 бар в известных разбрызгивающих установках, создающих дождеобразную струю. Тем не менее следует заметить, что приведенные выше значения не являются абсолютными; трудно указать определенные предельные значения.

Тушение или, по меньшей мере, подавление больших пожаров в значительной степени производится за счет парообразования; пар препятствует проникновению кислорода в зону пожара и в процессе парообразования поглощается большое количество тепла. Для пожаров меньшего масштаба и тлеющих очагов пожара существенным является то, что воздух, который втягивается в очаг пожара, имеет содержание жидкости (влагосодержание), достаточное для охлаждения.

Предпочтительно, чтобы использовали негорючий газ легче воздуха для поднятия смешанного с жидкостью газа вместе с каплями жидкости к потолку помещения для обеспечения тушения очагов пожара в верхних зонах помещения за счет комбинированного действия самого газа и капель жидкости, перемещающихся вместе с газом.

Целесообразно, чтобы в качестве негорючего газа использовали азот.

Желательно, чтобы используемый газообразный азот являлся вытесняющим газом для, по меньшей мере, одного гидравлического аккумулятора высокого давления.

Когда газообразный азот скапливается под потолком вместе с небольшими каплями, которые за счет турбулентности остаются в воздухе в течение сравнительно продолжительного времени, происходит эффективное тушение тлеющих очагов пожара, например, в кабелях и т.п. на уровне потолка.

За счет постепенного или скачкообразного увеличения количества газа, смешиваемого с жидкостью (по отношению к количеству жидкости) получают соответственно меньшие капли с более продолжительным временем их нахождения в воздухе, несмотря на постепенно уменьшающуюся турбулентность.

Если есть основание предположить, что несколько большая концентрация в нижней зоне помещения была бы предпочтительной с точки зрения процесса тушения на последней стадии, то в качестве газа для смешивания с жидкостью можно использовать, например, аргон.

Поэтому полезно, чтобы в качестве негорючего газа использовали аргон.

Данная задача согласно другому аспекту изобретения достигается посредством установки для тушения пожара, в особенности пожара в помещении, содержащей распылительную головку для формирования струи жидкости и подающее устройство, в котором, согласно изобретению, подающее устройство снабжено, по меньшей мере, одним гидравлическим аккумулятором, содержащим выход, соединенный с распылительной головкой, пространство для жидкости, пространство для газа и трубку, проходящую от нижней части пространства для жидкости через пространство для газа к выходу, и снабженную, по меньшей мере, одним отверстием в ее стенке, расположенным на заданном расстоянии от выходного конца трубки и имеющим диаметр заданного размера для прохода вытесняющего газа в трубку через одно или каждое отверстие в стенке при понижении уровня жидкости в, по меньшей мере, одном гидравлическом аккумуляторе до этого одного или каждого отверстия и для смешивания вытесняющего газа и жидкости с образованием смешанной струи, причем распылительная головка имеет множество сопел, каждое из которых выполнено с возможностью создания туманообразной струи жидкости при высоком до 300 бар давлении, при этом расстояния между соплами, их направление и выходные отверстия, а также давление распыляемой жидкости взаимосвязаны с возможностью создания всасывания, обеспечивающего формирование концентрированной туманообразной струи жидкости с хорошей проникающей способностью, а каждое из сопел при снижении давления выполнено с возможностью создания рассеянной смешанной струи в виде турбулентного жидкостного тумана.

Предпочтительно, чтобы трубка имела множество расположенных на разных уровнях в ее стенке отверстий для увеличения количества смешанного с пожаротушащей жидкостью вытесняющего газа, по меньшей мере, одного гидравлического аккумулятора по мере уменьшения давления газа в этом аккумуляторе.

Целесообразно, чтобы вытесняющий газ представлял собой газообразный азот с исходным давлением зарядки около 200 бар.

Для сравнительно небольших пространств может быть достаточным иметь подающее устройство, содержащее один одиночный гидравлический аккумулятор.

Однако, в установках, требующих большей мощности, желательно, чтобы подающее устройство содержало множество гидравлических аккумуляторов, соединенных параллельно, причем источник газа высокого давления был размещен с возможностью подачи вытесняющего газа во все гидравлические аккумуляторы и являлся общим для них. Этим источником газа высокого давления может быть например, толстостенный баллон, наполненный газообразным азотом.

Возможно, чтобы подающее устройство содержало, по меньшей мере, один дополнительный гидравлический аккумулятор или насос, соединенный параллельно с остальными гидравлическими аккумуляторами, имеющий более низкое давление подачи и установленный с возможностью подачи соответственно жидкости, и жидкости и газа, на начальной стадии процесса пожаротушения для заполнения отходящей магистрали жидкостью и охлаждения соответственно распылительных головок и сопел перед началом распыления струи жидкости высокого давления.

Полезно, чтобы установка содержала ограничитель давления, выполненный с возможностью обеспечения соединения источника газа под высоким давлением с остальными подключенными параллельно гидравлическими аккумуляторами при заданном пониженном давлении подачи в магистрали, отходящей от дополнительного гидравлического аккумулятора к очагу пожара.

Далее изобретение описывается более подробно со ссылками на приведенные в качестве примера предпочтительные варианты его выполнения, показанные на приложенных чертежах, на которых на фиг. 1, 2 и 3 показаны различные стадии процесса тушения пожара в помещении; на фиг. 4, 5 и 6 - соответствующие состояния в гидравлическом аккумуляторе, используемом в качестве подающего устройства; на фиг. 7, 8 и 9 - три варианта выполнения подающих устройств, имеющих сравнительно большую мощность; на фиг. 10 - вариант выполнения изобретения для применения в помещениях большей площади, например, в зале ресторана.

На фиг. 1, 2 и 3 помещение обозначено поз. 1. В потолке помещения смонтирована распылительная головка, или спринклер 2, например, с четырьмя соплами 3, направленными под углом наружу и вниз.

Когда распыляется только вода при давлении подачи, например, от примерно 200 бар до примерно 120 бар, образуется сконцентрированная туманообразная струя 4 жидкости, которая может пробиться через поднимающиеся дымовые газы вниз к полу помещения, чтобы потушить или, по меньшей мере, подавить даже сильный пожар на уровне пола.

Сконцентрированную туманообразную струю 4 жидкости получают с помощью определенной комбинации расстояний между соплами в распылительной головке, или в спринклере 2, направления сопел 3, выходных отверстий сопел 3, которые определяют размер капель, и давления подачи жидкости. При правильном сочетании этих факторов, которое можно определить только путем эксперимента из-за отсутствия надежной теории и формул, создается всасывание, сохраняющее туманообразную струю жидкости в сконцентрированном виде, как показано стрелками 5 и 6 на фиг. 1. В данном случае существенно, что воздух может всасываться в распылительную головку 2 вдоль потолка помещения за соплами 3 распылительной головки, что означает, что сопла 3 не должны располагаться слишком близко от потолка; обычно достаточным является расстояние, равное примерно пяти сантиметрам. Вместе с воздухом, как показано стрелками 5 и 6, дымовые газы и монооксид углерода всасываются внутрь для использования их при тушении пожара, когда они перемещаются вместе с туманообразной струей 4 жидкости.

Таким образом, в положении, показанном на фиг. 1, существует довольно сильная циркуляция жидкостного тумана и дымовых газов от пола помещения вверх к потолку и снова вниз, но воздействие ее в зоне рядом с потолком, особенно в угловых зонах 7, где стыкуются стены и потолок, до некоторой степени ограничено, поэтому пожары меньшего размера, например, очаги пожаров в кабелях, имеют тенденцию оставаться не погашенными до конца, то есть тлеть.

Следовательно, в соответствии с изобретением, предлагается через заранее определенное время рассеивать сконцентрированную туманообразную струю 4 жидкости за счет нарушения вышеупомянутой комбинации факторов, необходимой для получения сконцентрированной струи 4, путем смешивания жидкости со струей газа под высоким давлением, предпочтительно газообразного вытесняющего азота, из одного или из множества гидравлических аккумуляторов высокого давления, образующих подающее устройство для распылительной головки 2. Тем самым размер капель уменьшается, и за счет этого в сочетании со скоростью выхода из сопел 3, возрастающей, по меньшей мере, на мгновение, всасывание, показанное стрелками 5 и 6, ослабляется настолько, что сконцентрированная форма струи больше не сохраняется, и вместо этого получается конфигурация жидкостного тумана с большим распространением по помещению, как показано стрелками 8 на фиг. 2. Высокая скорость течения и отражение от стенок помещения приводят как к сильной турбулентности, показанной поз. 4a на фиг. 2, так и к мелкодисперсному жидкостному туману, показанному серым цветом и обозначенному поз. 9 на фиг. 2.

Пока количество газа, подаваемого в жидкость для тушения, сравнительно мало, как на фиг. 2, имеются определенные трудности в попадании в угловые зоны в верхней части помещения мелкодисперсного жидкостного тумана 9, который, как правило, более эффективен на окончательной стадии тушения довольно небольших пожаров и в особенности тлеющих очагов пожара. Эта проблема решается на третьей стадии путем подачи большего количества газа в жидкость для тушения; эта третья стадия показана на фиг. 3. Когда в качестве подающего устройства для распылительной головки, или спринклера 2, используются гидравлические аккумуляторы, третья стадия может начинаться при снижении давления подачи примерно до 70 бар. Туманообразные струи жидкости теперь распространяются дальше, турбулентность 4b ослабляется в большей степени, и мелко дисперсный жидкостный туман 9 может заполнять даже угловые зоны 7 в верхней части помещения, особенно при использовании газа для смешивания более легкого по сравнению с воздухом, такого как, например, газообразный азот. Газообразный азот затем постепенно скапливается у потолка, как показано стрелками 10 на фиг. 3, и выносит вверх маленькие капли. Сам по себе газообразный азот обладает эффектом тушения, который усиливается водяными каплями, создающими также и охлаждающий эффект.

На фиг. 4-6 гидравлический аккумулятор в целом обозначен поз. 11. Гидравлический аккумулятор содержит контейнер 12 под давлением с впускным отверстием 13 для сжатого газа, например, газообразного азота, и с выпускным отверстием 14 для подсоединения к отходящей магистрали или к шлангу.

В контейнере 12 установлена трубка 15 с впускным отверстием 16 у дна контейнера и с противоположным концом, сообщающимся с выпускным отверстием 14. Трубка 15 имеет два отверстия 17 и 18 в стенке трубки, расположенные на разных уровнях так, что отверстие 17 находится на относительно большом расстоянии от впускного отверстия 16 трубки, в то время как отверстие 18 расположено значительно ближе к впускному отверстию 16 трубки. Поз. 19 обозначает пространство, занимаемое газом, поз. 20 - пространство, занимаемое водой, поз. 21 обозначает поверхность воды или уровень воды, а поз. 22 обозначает манометр.

В состоянии готовности контейнер 12 в значительной степени заполнен жидкостью, предпочтительно водой, то есть пространство, занимаемое газом, является небольшим и давление газа высокое. Выпускной клапан, предусмотренный на отходящей магистрали (не показана) закрыт.

Когда огнетушитель приводится в действие, подаваемый под высоким давлением газ начинает вытеснять воду наружу через трубку 15 к выпускному отверстию 14 и дальше, по меньшей мере, к одной распылительной головке, или спринклеру, для образования туманообразной струи жидкости, имеющей размеры капель, как правило, от 50 до 150 микрон и способной проникать через горячие дымовые газы, образующиеся при горении, чтобы, по меньшей мере, подавить пожар.

Уровень воды в контейнере 12 постепенно снижается, в то время как пространство 19, занятое газом, соответственно увеличивается, и давление газа падает. На фиг. 4 видно, что уровень 21 воды еще не достиг отверстия 17 в стенке трубки 15, и из гидравлического аккумулятора подается только вода. Если исходное давление зарядки гидравлического аккумулятора составляет около 200 бар, отверстие 17 может предпочтительно быть расположено так, что давление газа в аккумуляторе уменьшается, например, до около 120 бар, когда уровень воды достигнет отверстия 17.

На фиг. 5 видно, что уровень воды опустился ниже отверстия 17 в стенке трубки 15, и газ поступает через отверстие 17 в водяной поток в виде пузырьков 23 газа, как показано на фиг. 5. Благодаря смешиванию с газом размер капель в туманообразной струе жидкости уменьшается, и струя теряет свою проникающую способность до такой степени, что она принимает вид турбулентного тумана из воды и газа, который заполняет помещение, в котором происходит пожар, значительно более равномерным образом по сравнению с распыляемой вначале более концентрированной туманообразной струей.

На фиг. 6 видно, что уровень воды опустился ниже второго отверстия 18 в стенке, и в трубку 15 поступает больше вытесняющего газа, что показано в виде пузырьков 24 на фиг. 6. Конечно, можно выполнять отверстия в стенке трубки на более, чем двух уровнях и выполнять множество отверстий на каждом уровне. Как правило, желаемый эффект достигается при малом количестве небольших отверстий с диаметром, например, 1-2 мм. Отверстие 18 может быть расположено так, что давление газа в гидравлическом аккумуляторе уменьшается примерно до 70 бар, когда уровень воды достигнет отверстия 18.

Поскольку количество газа, смешанного с жидкостью, возрастает пропорционально количеству жидкости, уменьшается как размер капель, так и турбулентность жидкостного тумана, которая тем не менее остается достаточно сильной, чтобы по существу равномерно заполнить все помещение, в котором происходит пожар, жидкостным туманом, особенно если в качестве вытесняющего газа для гидравлического аккумулятора используется газообразный азот. Поскольку газообразный азот немного легче воздуха, он будет постепенно подниматься к потолку и тем самым поднимать капли жидкости.

Путем смешивания таким образом вытесняющего газа с потоком пожаротушащей жидкости можно сохранять эффективную струю жидкости до тех пор, пока контейнер 12 не опустеет практически полностью, при этом давление вытесняющего газа значительно падает. Падение давления вытесняющего газа показано на фиг. 4-6 различными положениями стрелки манометра 22.

В вариантах выполнения изобретения по фиг. 7, 8 и 9 подающее устройство установки для пожаротушения обозначено в целом поз. 30. Три гидравлических аккумулятора обозначены поз. 31 и соответствуют аккумулятору 11 на фиг. 4-6, таким образом, каждый аккумулятор 31 содержит внутреннюю трубку 32, аналогичную трубке 15 на фиг. 4-6 и имеющую отверстия в стенке. Подающие устройства 30 на фиг. 7-9 показаны в состоянии готовности, то есть аккумуляторы 31 заполнены жидкостью, обозначенной поз. 33 на фиг. 7.

Общим источником вытесняющего газа для гидравлических аккумуляторов 31 является показанный на фиг. 7-9 контейнер, заполненный газообразным азотом под давлением, имеющий давление зарядки около 200 бар и обозначенный поз. 34. Соединительные устройства для подвода газа в аккумуляторы и для отвода жидкости и смеси жидкости и газа соответственно из аккумуляторов обозначены поз. 35, общая отходящая магистраль для аккумуляторов обозначена поз. 36 и управляющий клапан на этой магистрали обозначен поз. 37. Автоматический управляющий клапан, например, с электрическим управлением, для подсоединения контейнера 34 с газом обозначен поз. 38, управляемый вручную клапан, предназначенный для той же цели, обозначен поз. 39 и клапан для наполнения и возможного опорожнения аккумуляторов обозначен поз. 40.

Подающее устройство по фиг. 7 работает таким же образом, как было описано ранее со ссылкой на фиг. 4-6.

Подающее устройство по фиг. 8 содержит дополнительный гидравлический аккумулятор, обозначенный поз. 41, установленный параллельно аккумуляторам 31 и имеющий внутреннюю трубку 32 с отверстиями в стенке аналогично аккумуляторам 31. В качестве вытесняющего газа в аккумуляторе 41, как и в аккумуляторах 31, предпочтительно используется газообразный азот, но его давление зарядки сравнительно низкое, например, около 25 бар. Этот дополнительный аккумулятор 41 используется соответственно для распыления жидкости и смеси жидкости и газа через приведенные в действие распылительные головки в начале процесса пожаротушения, чтобы охладить эти распылительные головки и обеспечить заполнение магистралей, ведущих к распылительным головкам, жидкостью перед началом распыления жидкости под высоким давлением.

В подающем устройстве по фиг. 9 насос 43 для жидкости обеспечивает охлаждение распылительных головок и заполнение магистралей, ведущих к ним, перед распылением жидкости под высоким давлением. Кроме того, насос 43 можно использовать для повторного заполнения гидравлических аккумуляторов в случае их опорожнения, предпочтительно с одновременной подачей охлаждающей струи в очаг пожара.

В вариантах выполнения изобретения по фиг. 7-9 имеется возможность использовать аккумуляторы 31, выполненные аналогично аккумулятору 11 по фиг. 4-6, вместо отдельного контейнера 34 с газом, общего для аккумуляторов 31.

Фиг. 10 иллюстрирует применение изобретения для пространства большего размера, такого как зал ресторана, который на фиг. 10 показан при виде сверху и обозначен поз. 50. Состояние помещения контролируется рядом групп распылительных головок, зона действия одной такой группы на фиг. 10 показана серым цветом. Группа содержит ряд приводимых в действие, или основных распылительных головок или спринклеров 51, и, предпочтительно, несколько большее число вспомогательных головок 52. Когда основная распылительная головка 61 приводится в действие в результате пожара в зоне ее действия, все распылительные головки данной группы приводятся в действие с помощью автоматического управляющего клапана 53, например, так, как показано в международной заявке PCT/FI 92/00316. Те распылительные головки, которые расположены вдоль периферии зоны действия группы, ограждают зону действия от остальной части зала ресторана путем образования занавесов из жидкостного тумана. Внутри ограниченной таким образом зоны процесс происходит в основном так же, как описано выше.

Реферат

Изобретение предназначено для тушения пожара, а технический результат заключается в повышении эффективности пожаротушения за счет разработки нового способа и новой установки для тушения пожаров, включая трудно поддающиеся тушению тлеющие очаги пожара, такие как пожары в кабелях, например, в верхних зонах помещения, где стенки стыкуются с потолком. Вначале на первой стадии тушение пожара производится с помощью по меньшей мере одной туманообразной струи жидкости, имеющей сравнительно большие капли и хорошую проникающую способность, чтобы по меньшей мере подавить пожар, и после этого на второй стадии используемая вначале туманообразная струя жидкости рассеивается путем смешивания ее с негорючим газом под давлением, чтобы образовать турбулентный жидкостный туман для заполнения помещения, в котором происходит пожар, по существу, равномерным образом и для тушения тлеющих очагов пожара. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула