способ пожаротушения

Формула изобретения

1. Способ пожаротушения, заключающийся в подаче в зону пожара перегретой воды из закрытой емкости, находящейся под давлением, отличающийся тем, что на зону пожара дополнительно воздействуют акустическим излучением.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что акустическое излучение формируют с частотой 150 400 Гц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть применено как при осаждении дыма и тушении пожаров твердых материалов.

Ведение действий по тушению пожаров в условиях сильного задымления отмечается сложностью и опасностью, что требует соответствующего технического оснащения для борьбы с дымом.

Наличие дымов в горящих и смежных с ними помещениях, на значительно открытых местностях не должно снижать темпа работы по ликвидации пожара, а для этого необходимо одновременно с тушением пожара принимать меры по удалению дыма из помещений или зоны пожара.

Известны различные способы тушения пожаров, применяемых в противопожарной технике, водой, паром, воздушно-механической пеной [1] Все эти способы имеют общий недостаток неуниверсальности, т.к. не позволяют интенсивно улучшить видимость при пожаротушении.

Известен способ тушения пожаров путем подачи в очаг пожара огнегасительного вещества из закрытой емкости, находящейся под давлением [2] - прототип.

В качестве огнегасительного вещества в данном способе используют перегретую воду, при этом давление создают путем ее нагревания до температуры 160-200^oC.

Являясь более универсальным, этот способ однако недостаточно эффективен при тушении пожаров с сильной задымленностью. Его использование не позволяет использовать перегретую воду как эффективный осадитель частиц дыма для улучшения видимости в зоне пожара, тем самым определить точно источник горения, его размеры и т.д.

Так, использование направленной струи перегретой воды создает узконаправленную область поглощения дыма, а образованный аэрозоль снижает видимость дополнительно от образовавшегося тумана. Требуется создавать дополнительные условия для осаждения образовавшегося тумана. Чтобы создать широкую зону осаждения, для ведения эффективного пожаротушения требуется производить широкое воздействие перегретой водой на дым, расходуя большое количество воды, что ограничивает применение этого способа вне стационара и на открытой больших пространств местности.

Известен способ осаждения дыма путем распыления в задымленном объеме водного раствора осадителя и дополнительного распыления мелкодисперсного порошкообразного адсорбента [3]

Использование данного способа позволяет частично улучшить видимость, он неэффективен при комплексном пожаротушении. Он пригоден для осаждения дыма в закрытом ограниченном объеме, что снижает его использование на открытом пространстве, т. к. нельзя создать широкую зону видимости с целью доступа к источнику горения. Кроме того, этот способ требует достаточно сложного оборудования на его осуществления.

Практика показывает на целесообразность совмещения тушения очага пожара и дымоосаждения в одном способе воздействия. При этом дымоосаждение производится с целью увеличения прозрачности задымленного воздуха за короткое время в сравнительно небольшом объеме, например, при проведении разведки в сильно задымленном помещении для обнаружения пламени.

Одним из физико-химических способов борьбы с задымленностью на пожаре может быть акустическая коагуляция частиц дыма.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности тушения пожара за счет повышения эффективности осаждения частиц дыма и улучшения условий видимости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе пожаротушения путем подачи в зону пожара перегретой воды из закрытой емкости, находящейся под давлением, дополнительно воздействуют на очаг пожара акустическим излучением с частотой 150-400 Гц.

Акустическое излучение формируют внешним источником звука. Например, простой малогабаритный пневматический источник звука создает высокое звуковое давление в диапазоне частот 5-300 Гц.

Возможно применение свистков и сирен, которые могут приводится в действие давлением пара установок перегретой воды.

Не исключается использование звука, образующегося при истечении парожидкостного потока, который напоминает гул турбореактивного двигателя самолета, что соответствует диапазону с максимумом в области частот 300-600 Гц.

Давление в емкости создают путем нагревания воды в закрытой емкости до температуры 160-200^oC.

Высокий огнетушащий эффект перегретой воды с воздействием акустического излучения носит комплексный характер.

При истечении воды в атмосферу происходит резкое вскипание за счет накопления теплосодержания. Большая часть воды при этом значительно диспергируется с размером капель не более 10 мкм. Незначительное количество образующегося пара, соответствующее накопленному теплосодержанию (примерно 120-180 ккал, для полного испарения требуется не менее 539 ккал), в дисперсной системе конденсируется. Поэтому парожидкостный поток на расстоянии 200 мм спрыска имеет температуру 40-50^oC при температуре воды внутри сосуда 160-200^oC.

Капли воды размером 10 мкм сконденсировавшийся пар, попадая в зону высокой температуры, мгновенно вскипают, максимально отбирая тепло и при этом образующийся пар заполняет помещение или охваченную дымом или огнем поверхность. Образуется туман, частично поглотивший в себя дым. В это же время используют воздействие акустических волн, концентрируя звук на частотах в пределах 150-400 Гц, который усиливает сталкивание частиц, слипание и т.д. в тумане, это позволяет увеличить массу и усилить их выпадание и улучшить видимость, точно определить место источника горения, его размеры и т.д. для воздействия на него минимальным количеством перегретой воды.

Прохождение акустических сигналов через дым вызывает в них следующие эффекты: частицы дыма увлекаются звуковой волной, притом при фиксированной частоте тем больше, чем меньше их размеры. В результате в полидисперсном дыму появляются дополнительные смещения частиц относительно друг друга, что увеличивает вероятность их столкновения и последующего слипания.

Суммарный эффект при удачном подборе акустических параметров может оказаться таким, что за короткий срок в "озвученном" дыму суммарное поперечное сечение частиц уменьшится, а видимость соответственно увеличится.

С целью получения данных изменений видимости под воздействием звука были проведены испытания. Было установлено усиление дымоосаждения минимум в 25-30 раз по сравнению с естественным выпадением. Для трех исследованных дымов можно выделить 2 диапазона частот, в которых происходит быстрое увеличение прозрачности область низких (150-400 Гц) и средних частот (3000-4100 Гц).

Укрупнение временных частиц, происходящее в ходе акустической коагуляции аэрозолей, приводит к существенному изменению физических характеристик аэрозоля. С одной стороны, вследствие сокращения суммарной поверхности дисперсной фазы понижается рассеивание света, в результате чего повышается прозрачность системы. С другой стороны, вследствие увеличения размера и массы частиц резко возрастает их склонность к выпадению под действием силы тяжести. Таким образом, акустические волны влияют на уменьшение задымленности.

С целью выбора частот воздействия были проведены лабораторные опыты по осаждению аэрозолей.

Для получения данных изменения видимости под воздействием звука были проведены визуальные наблюдения с частотами от 16 Гц до 20 кГц. В ходе опытов с табачным дымом было обнаружено, что в первую секунду наблюдается турбулизация дымового облака и его осаждение. Интенсивное дымоосаждение происходило к концу второй секунды. Время осаждения для разных частот и видов дымов различно. Зависимость времени осаждения табачного дыма от частоты колебаний приведена на фиг.1. Графики зависимостей приведены на фиг.1-2.

Осуществлялся выбор физических параметров (времени и частоты озвучивания) для трех видов материалов: табак, хлопчатобумажная ткань и пластик ФС-7.

Количественные измерения зависимости показателя ослабления света от времени были проведены для тех частот, при которых, по данным визуальных наблюдений, происходит наиболее быстрое осаждение дыма.

Для трех исследованных дымов можно выделить 2 диапазона частот, в которых происходит быстрое увеличение прозрачности область низких (150-400 Гц) и средних частот (3000-4100 Гц). Для грубодисперсных туманов необходимы низкие частоты, а для тонкодисперсных более высокие звуковые частоты, не превосходящие в случае природных туманов 500 Гц [4] Таким образом, диапазон 150-400 Гц представляет собой область частот, в которое происходит интенсивное осаждение дымов и туманов. Установленный в опытах диапазон частот 3-4 кГц, в котором наблюдается интенсивное увеличение прозрачности, совпадает с литературными данными по сажевым дымам [5]

В опытах наблюдались коагуляция и осаждение на низких частотах. Ранее интенсивное увеличение прозрачности среды в диапазоне 120-350 Гц наблюдалось по-видимому только в работе [6] где это явление объяснялось щелевым эффектом.

Совместное влияние акустических колебаний и перегретой воды эффективнее по сравнению с использованием одной перегретой воды или звука.

Эффективность коагуляции звуком зависит от концентрации частиц. Поэтому при слишком малых концентрациях необходимо вводить дополнительный аэрозоль для затравки. Для дымов реальных пожаров можно увеличить коагуляцию звуком, вводя водный туман. Последнее особенно полезно в тех случаях, когда частицы дыма вследствие особой формы лишь с трудом слипаются и образуют хлопья.

Большая часть перегретой воды диспергируется в виде аэрозоли с размером капель до 10 мкм, что способствует слипанию частиц дыма и их поглощению каплями образующегося тумана. Путем введения очень небольшого количества перегретой воды коагуляция частиц дыма может быть увеличена в 3-7 раз. Однако следствием образования водяного тумана с поглощенными частицами дыма является значительное снижение прозрачности среды в объеме после подачи в него парожидкостного потока перегретой воды, что может привести к ограничению или потере ориентации в пространстве.

Действие звуковой энергии на полученный аэрозоль заключается в способности концентрации взвешенных частиц в пучностях колебаний, что вызывает возникновение притягивающих и отталкивающих сил между частицами. В результате в полидисперсном аэрозоле, полученном вследствие действия парожидкостного потока на дым пожара, появляются дополнительные смещения частиц относительно друг друга, что увеличивает вероятность их столкновения и последующей коагуляции.

Способ может быть осуществлен устройством, показанным на фиг.3. Оно содержит закрытую емкость 1 с пробкой 2 для заливки воды, избыточным клапаном 3 и патрубком 4 для вывода перегретой воды. Внутри емкости, в ее нижней части, установлен нагревательный элемент 9. К патрубку крепится шланг 5 со стволом 6. Источник звука 7, установленный коаксиально со стволом, например, низкочастотная сирена, настроенная на заданную частоту в зависимости от типа дыма.

Осуществление способа. В дежурном режиме в закрытой емкости находится вода, нагретая до температуры 160-200^oC от стационарного источника с паром, источник излучения акустических волн отключен.

При необходимости тушения пожара открывается штуцер 8 и перегретая вода через шланг 5 и ствол 6 под давлением собственных паров подается в зону горения, включается источник излучения акустических волн 7, в зоне дыма происходит увеличение прозрачности среды, что приводит к приобретению ориентаций в пространстве для проведения спасательных работ, разведки, обнаружение открытого очага огня и непосредственного воздействия на него.

Испытания предложенного способа были проведены в равных условиях на объекте, в качестве которого использовалась комната фрагмента жилого здания новостройки 3х3х3 м. В качестве оборудования для испытания использовались сирена С-40, генератор дыма, водяной аэрозольный огнетушитель, фонарь, секундомер.

Результаты испытаний.

1. При воздействии акустических колебаний происходит укрупнение и осаждение частиц дыма.

2. Частота озвучивания 400 Гц, замыкающая диапазон 150-400 Гц оптимальных частот мелкомасштабных исследований, является необходимой для осаждения сажевых дымов совместно с воздействием перегретой водой в практических условиях.

3. За время озвучивания 30 с скоагулировано и осадилось 96% содержащихся в объеме сажи.

4. После введения 6 л перегретой воды коагуляции частиц увеличилась примерно в 3 раза.

5. После 30 с совместного воздействия в объеме помещения без постороннего подсоса дыма можно находиться без противогаза.

Способ может быть реализован как в стационарных условиях, так и в подвижном на транспорте и ручном переносном варианте.

Дополнительное использование эффекта акустической коагуляции с тушением перегретой водой позволяет увеличить прозрачность задымленного воздуха за короткое время (несколько секунд), например, при проведении разведки в сильно задымленных помещениях.