RU2019216C1

RU2019216C1 - Portable impulsive fire extinguisher

Info

Publication number: RU2019216C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Алексеев; В.А. Бусов; С.Л. Клобуков; Н.П. Копылов; Г.А. Петелин; Е.И. Сладков; Ю.М. Филиппов; В.Г. Филяков; Е.С. Родионов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: fire prevention. SUBSTANCE: fire extinguisher uses a knapsack tank, hose, service reservoir with a movable piston, discharge and check valves, spray injector, as well as powder pressure accumulators with initiation facilities, drain valve, spring which returns the piston to the initial position. Besides, a deflector is secured on a guide in the nozzle axis, used to split the fluid jet and reduce the impulsive force of recoil acting on the operator; the relationship between the cross-section area of the deflector shutting off the jet and the nozzle outlet area is determined by calculated expression, depending on the necessity to reduce the dynamic influence on the operator to a certain extent, preserving the effectiveness of fire fighting by a high-energy sprayed jet with a uniform distribution of fluid particles in the flow. EFFECT: enhanced effectiveness. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к индивидуальным средствам пожаротушения и предназначено для импульсного воздействия распыленной огнетушащей жидкостью на очаги горения. The invention relates to individual fire extinguishing means and is intended for pulsed exposure to atomized fire extinguishing liquid on the foci of combustion.

В технике пожаротушения известны и получили распространение переносные (ручные, пистолетные, ранцевые) огнетушители, оснащаемые регулируемыми форсунками, в том числе с дефлекторами, обеспечивающими требуемые траектории истечения огнетушащей жидкости. Portable (hand, pistol, knapsack) fire extinguishers equipped with adjustable nozzles, including those with deflectors that provide the required trajectories of the flow of fire extinguishing fluid, are known and widely used in the fire fighting technique.

Переносные огнетушители могут оснащаться также сопловыми головками, позволяющими получать как распыленные полые струи с большим углом раскрыва, так и компактные полые струи огнегасящей жидкости. Переносным огнетушителям в целом присущи возможность автономного использования, отсутствия проблем доставки к месту возникновения пожара, оперативность применения. Однако наряду с этим необходимо отметить ряд недостатков, к которым относятся низкая энергия струи огнегасящей жидкости, не оказывающая динамического воздействия на очаг горения и, как следствие, малая дальнобойность, низкие значения интенсивности подачи тушащей жидкости, а в итоге сравнительно невысокая эффективность пожаротушения. Portable fire extinguishers can also be equipped with nozzle heads, which make it possible to obtain both atomized hollow jets with a large aperture angle and compact hollow jets of extinguishing liquid. Portable fire extinguishers are generally characterized by the possibility of autonomous use, the absence of delivery problems to the place of the fire, and the speed of use. However, along with this, it is necessary to note a number of drawbacks, which include the low energy of the extinguishing liquid jet, which does not have a dynamic effect on the burning area and, as a result, short range, low values of the extinguishing liquid supply, and, as a result, the relatively low fire extinguishing efficiency.

Основным фактором, сдерживающим повышение энергии потока, формируемого переносными огнетушителями, является воздействие на оператора недопустимых значений динамических нагрузок, которые определяются силой реакции истекающей струи жидкости или иначе - параметрами отдачи (по аналогии с процессом производства выстрела из образцов стрелкового оружия). The main factor restraining the increase in the energy of the flow generated by portable fire extinguishers is the impact on the operator of unacceptable values of dynamic loads, which are determined by the reaction force of the expiring stream of liquid or otherwise - recoil parameters (by analogy with the process of firing a shot from small arms).

Известно техническое решение, позволяющее применять переносной огнетушитель с высокой энергией струи, в котором для снижения усилия отдачи предложено использовать наплечный ремень и упор со стороны, противоположной выходному отверстию форсунки, обеспечивающий контакт корпуса огнетушителя с какой-либо устойчивой неподвижной конструкцией, например стеной здания, сооружения. Однако, использование данного решения существенно ограничено необходимостью иметь в непосредственной близости от очага горения надежный упор. Кроме того, в условиях пожара данное решение не позволяет оперативно производить подачу огнетушащего средства в произвольном направлении, например в вертикальной плоскости. A technical solution is known that makes it possible to use a portable fire extinguisher with a high energy of the jet, in which, to reduce the recoil force, it is proposed to use a shoulder strap and an abutment from the side opposite to the nozzle outlet, which makes the fire extinguisher casing contact with some stable fixed structure, for example, a wall of a building, structure . However, the use of this solution is significantly limited by the need to have a reliable emphasis in the immediate vicinity of the burning center. In addition, in fire conditions, this solution does not allow the rapid supply of a fire extinguishing agent in an arbitrary direction, for example, in a vertical plane.

В качестве прототипа предлагаемого устройства по совокупности общих признаков выбран "ранцевый огнетушитель", включающий ранцевый бак с огнетушащей жидкостью, соединительный шланг, расходную емкость с подвижным поршнем, вытесняющим жидкость посредством приложения физического усилия оператором, выпускной и обратный клапаны, струйную форсунку и лямки для переноски. As a prototype of the device according to the set of common features, a “knapsack fire extinguisher” was selected, including a knapsack tank with a fire-extinguishing liquid, a connecting hose, a supply tank with a movable piston displacing the liquid through the application of physical effort by the operator, exhaust and check valves, a jet nozzle and carrying straps .

Применение устройства для создания скоростных аэрозольных потоков мелкораспыленной жидкости, способных оказать динамическое воздействие и обеспечивающих высокие значения интенсивности подачи огнетушащей среды на очаг пожара, не представляется возможным в силу ряда причин: во-первых, малые величины давления на поршень не позволяют достичь высокой скорости струи и требуемого качества распыливания жидкости; во-вторых, поскольку физические возможности оператора весьма ограничены, с помощью данного устройства однократно можно вытеснить только небольшое количество жидкости, при этом дальнобойность струи также невелика: в-третьих, использование струйной форсунки не обеспечивает регулировку параметров потока (угол раскрытия струи, степень заполнения частицами жидкости сечения потока) в зависимости от размеров и удаленности очага горения; в-четвертых, модернизация данного устройства в плане повышения давления вытеснения ограничена ввиду отсутствия в конструкции технических решений, уменьшающих реакцию струи и, соответственно усилий отдачи, действующего на оператора. The use of a device for creating high-speed aerosol flows of finely dispersed liquid, capable of exerting a dynamic effect and providing high values of the intensity of the supply of the extinguishing medium to the fire site, is not possible for several reasons: firstly, the low pressure on the piston does not allow to achieve a high jet velocity and the required quality of liquid atomization; secondly, since the physical capabilities of the operator are very limited, only a small amount of liquid can be squeezed out once with this device, while the range of the jet is also small: thirdly, the use of a jet nozzle does not provide adjustment of the flow parameters (the opening angle of the jet, the degree of filling with particles fluid flow cross-section) depending on the size and distance of the combustion zone; fourthly, the modernization of this device in terms of increasing displacement pressure is limited due to the lack of technical solutions in the design that reduce the reaction of the jet and, accordingly, the recoil force acting on the operator.

Изобретение решает задачу повышения эффективности пожаротушения за счет увеличения энергии потока распыленной жидкости и повышения интенсивности подачи тушащего состава путем обеспечения равномерного распределения частиц жидкости по сечению струи при условии ограничения усилия отдачи импульсного огнетушителя, передаваемого на оператора. The invention solves the problem of increasing the efficiency of fire extinguishing by increasing the energy of the sprayed liquid flow and increasing the supply rate of the extinguishing composition by ensuring uniform distribution of liquid particles over the jet cross section, provided that the recoil force of the pulse fire extinguisher transmitted to the operator is limited.

Для решения поставленной задачи в подпоршневой полости огнетушителя, образующей зарядную камеру, размещаются пороховые аккумуляторы давления со средствами инициирования, что позволяет достичь высоких давлений вытеснения жидкости из расходной емкости, там же установлен дренажный клапан, обеспечивающий сброс давления пороховых газов после вытеснения порции огнетушащей жидкости. Для возвращения поршня в исходное положение и обеспечения автоматической заправки жидкостью в расходной емкости устанавливается пружина, один конец которой скреплен с корпусом емкости, а другой - с поршнем, причем пружина может быть размещена и с наружной стороны емкости. Кроме того, по оси форсунки на направляющей закрепляется дефлектор, частично перекрывающий струю жидкости, истекающую из выходного отверстия форсунки при вытеснении жидкости, при этом отношение площади сечения дефлектора, перекрывающего струю, к площади выходного отверстия форсунки определяется в зависимости от необходимости снизить усилие отдачи следующим выражением:
S_д/S_o=2/c ^. (1-F_д/F_o) при F_д/F_о<1,
где S_д - площадь сечения дефлектора;
S_о - площадь отверстия форсунки;
с - коэффициент гидравлического сопротивления дефлектора;
F_д - усилие отдачи огнетушителя с дефлектором;
F_о - усилие отдачи огнетушителя без дефлектора.To solve the problem, in the under-piston cavity of the fire extinguisher, which forms the charging chamber, powder pressure accumulators with initiation means are placed, which allows to achieve high pressurization pressures of the liquid from the supply tank, a drain valve is installed in the same place, which provides pressure relief of the powder gases after displacing a portion of the fire extinguishing liquid. To return the piston to its original position and provide automatic liquid filling, a spring is installed in the supply container, one end of which is fastened to the container body and the other to the piston, and the spring can also be placed on the outside of the container. In addition, along the axis of the nozzle, a deflector is fixed on the guide, partially blocking the fluid stream flowing out of the nozzle outlet when the fluid is displaced, while the ratio of the cross-sectional area of the deflector blocking the jet to the area of the nozzle outlet is determined depending on the need to reduce the recoil force by the following expression :
S _d / S _o = 2 / s ^. (1-F _d / F _o ) for F _d / F _o <1,
where S _d - the cross-sectional area of the deflector;
S _about - the area of the nozzle;
C is the coefficient of hydraulic resistance of the deflector;
F _d - recoil force of a fire extinguisher with a deflector;
F _about - the recoil force of a fire extinguisher without a deflector.

Для обеспечения равномерного распределения аэрозоля по сечению струи выходное отверстие форсунки выполняется в виде кольцевого сопла, а дефлектор имеет радиальные щелевые отверстия, при этом отношение указанных выше площадей составляет не менее 0,4. To ensure uniform distribution of aerosol over the jet cross section, the nozzle outlet is made in the form of an annular nozzle, and the deflector has radial slotted holes, and the ratio of the above areas is at least 0.4.

В результате реализации предложенного устройства может быть достигнута скорость потока аэрозоля 20...50 м/с на удалении 2...6 м от огнетушителя при максимальном давлении вытеснения 5...10 МПа. Время воздействия на очаг горения составляет 0,1. ..1 с при вытеснении порции жидкости 3^.10^-3 м³, а интенсивность подачи - не менее (1...2)10^-3 кг/м² ^. с. Поток аэрозоля с подобными параметрами обладает высокой огнетушающей способностью, так как мелкодисперсные частицы проникают глубоко в очаг горения, обеспечивают прямое охлаждение его поверхности, а также производят разбавление горючей среды инертным компонентом при испарении. Формирование потока с такими параметрами с помощью переносного импульсного огнетушителя становится возможным благодаря следующему обстоятельству: диспергирование жидкости и образование потока аэрозоля происходит при ударе импульсной струи о дефлектор, а наличие гидравлического сопротивления дефлектора обуславливает снижение усилия отдачи огнетушителя при сохранении неизменным расхода жидкости через форсунку.As a result of the implementation of the proposed device, an aerosol flow rate of 20 ... 50 m / s can be achieved at a distance of 2 ... 6 m from the fire extinguisher at a maximum displacement pressure of 5 ... 10 MPa. The exposure time to the combustion site is 0.1. ..1 s during the displacement of a portion of the liquid 3 ^. 10 ^-3 m ³ , and the flow rate is not less than (1 ... 2) 10 ^-3 kg / m ² ^. with. An aerosol stream with similar parameters has a high fire extinguishing ability, since finely dispersed particles penetrate deep into the combustion zone, provide direct cooling of its surface, and also dilute the combustible medium with an inert component during evaporation. The formation of a flow with such parameters using a portable pulse fire extinguisher becomes possible due to the following circumstance: dispersion of the liquid and formation of an aerosol stream occurs when the pulse jet hits the deflector, and the presence of hydraulic resistance of the deflector causes a decrease in the recoil force of the fire extinguisher while maintaining the constant flow rate of the liquid through the nozzle.

Изобретение позволяет приводить действующие на оператора импульсные нагрузки к допустимым значениям и в конечном счете повысить эффективность пожаротушения переносного огнетушителя. Выполненные расчеты и эксперименты показывают, что эффективное снижение усилия отдачи (например, в 1,25 и более раз) с условием сохранения высоких динамических характеристик огнетушащего потока обеспечивается при перекрытии дефлектором сечения истекающей струи не менее, чем на 40%. EFFECT: invention allows reducing impulse loads acting on an operator to acceptable values and ultimately increasing the fire extinguishing efficiency of a portable fire extinguisher. The performed calculations and experiments show that an effective reduction in the recoil force (for example, 1.25 times or more) with the condition that the high dynamic characteristics of the fire extinguishing stream is maintained is ensured when the deflector blocks the flow section of the exhaust jet by at least 40%.

На фиг. 1, 2 и 3 приведена конструктивная схема предлагаемого устройства. In FIG. 1, 2 and 3 shows a structural diagram of the proposed device.

Переносной импульсный огнетушитель состоит из ранцевого бака 1 с огнетушащей жидкостью 2, соединительного шланга 3, расходной емкости 4, подвижного поршня 5, выпускного 6 и обратного 7 клапанов, струйной форсунки 8. Кроме того, огнетушитель включает пороховые аккумуляторы давления 9 со средствами инициирования 10, дренажный клапан 11 для сброса отработанных газов из подпоршневой полости, пружину 12, обеспечивающую возврат поршня в исходное положение и автоматическое поступление очередной порции жидкости в расходную емкость, направляющую 13 с закрепленным на ней дефлектором 14, а также заправочную арматуру 15 и лямки для переноски 16. A portable pulse fire extinguisher consists of a backpack tank 1 with a fire extinguishing liquid 2, a connecting hose 3, a supply tank 4, a movable piston 5, an exhaust 6 and a check valve 7, a jet nozzle 8. In addition, the fire extinguisher includes pressure powder accumulators 9 with initiating means 10, a drain valve 11 for discharging exhaust gases from the sub-piston cavity, a spring 12, which ensures the piston returns to its original position and automatically receives the next portion of the liquid in the consumable container, the guide 13 sec a deflector 14 mounted on it, as well as filling valves 15 and a carrying strap 16.

Огнетушитель действует следующим образом. A fire extinguisher operates as follows.

При инициировании заряда порохового аккумулятора давления 9 выделяющиеся газы создают необходимое усилие на поршень 5, с помощью которого жидкость в импульсном режиме вытесняется из расходной емкости 4 через выпускной клапан 6 и форсунку 8 в направлении на очаг горения. Струя огнетушащей жидкости, ударяясь о дефлектор 14, дробится и образует аэрозольный поток, распространяющийся к очагу. После завершения процесса вытеснения жидкости поршень останавливается в крайнем положении, сжимая пружину 12, при этом выпускной клапан 6 закрывается. При открывании дренажного клапана 11 отработанные газы истекают в атмосферу из подпоршневой полости, а усилием пружины поршень начинает двигаться в исходное положение, при этом обратный клапан 7 открывается, обеспечивая заполнение расходной емкости 4 через соединительный шланг 3 жидкостью из ранцевого бака 1. По завершении рабочего цикла огнетушитель вновь готов к применению до тех пор, пока не используют все аккумуляторы давления и запас огнетушащей жидкости в ранцевом баке. Для регулирования угла факела распыливания и дальнобойности струи в зависимости от размеров и удаленности очага горения предусмотрена возможность закрепления дефлектора 14 на направляющей 13 на различных расстояниях от выходного сечения форсунки 8, а наличие радиальных щелевых отверстий на дефлекторе позволяет обеспечивать равномерное распределение аэрозоля по сечению потока. When initiating the charge of the powder pressure accumulator 9, the evolved gases create the necessary force on the piston 5, with the help of which the liquid is displaced in the pulse mode from the supply tank 4 through the exhaust valve 6 and the nozzle 8 in the direction to the combustion zone. A stream of fire extinguishing fluid, striking against the deflector 14, is crushed and forms an aerosol stream propagating to the source. After completion of the fluid displacement process, the piston stops in its extreme position, compressing the spring 12, while the exhaust valve 6 closes. When opening the drain valve 11, the exhaust gases flow into the atmosphere from the piston cavity, and the spring starts to move the piston to its original position, while the check valve 7 opens, filling the supply tank 4 through the connecting hose 3 with liquid from the backpack tank 1. At the end of the operating cycle the fire extinguisher is ready for use again until all pressure accumulators and the supply of the extinguishing fluid in the backpack tank are used. To regulate the angle of the spray pattern and the range of the jet depending on the size and distance of the combustion zone, it is possible to fix the deflector 14 on the guide 13 at various distances from the outlet section of the nozzle 8, and the presence of radial slotted holes on the deflector allows for uniform distribution of aerosol over the flow section.

Использование предложенного устройства позволяет повысить эффективность пожаротушения переносными огнетушителями импульсного действия за счет увеличения энергии струи жидкости и обеспечения равномерного распределения аэрозоля по сечению потока, оказывающего динамическое воздействие на очаг горения, при ограничении усилий отдачи, передаваемых на оператора, удерживающего огнетушитель. Using the proposed device allows to increase the efficiency of fire extinguishing with portable fire extinguishers of pulsed action by increasing the energy of the liquid jet and ensuring uniform distribution of aerosol over the flow cross section, which has a dynamic effect on the combustion site, while limiting the recoil forces transmitted to the operator holding the fire extinguisher.

Claims

1. PORTABLE PULSE FIRE EXTINGUISHER, including a backpack tank with a fire extinguishing liquid, a connecting hose, a supply tank with a movable piston, an outlet and non-return valve, a jet nozzle and carrying straps, characterized in that pressure accumulators with initiation means and other are placed in the sub-piston cavity and a spring is installed in the supply container, one end of which is fastened to the container body, the other is connected to the piston, while a deflector is fixed along the axis of the nozzle on the guide, and the ratio the area S _{q of} its cross section overlapping the jet to the area S ₀ of the nozzle outlet is determined by the expression

=

1 -

at

<1
where C is the coefficient of hydraulic resistance of the nozzle;
F ₀ - recoil force of a fire extinguisher without a deflector;
F _q - the same with the deflector.

2. The fire extinguisher according to claim 1, characterized in that the nozzle outlet is made in the form of an annular nozzle, and the deflector has radial slotted holes, while the ratio of the deflector cross-sectional area to the nozzle opening is at least 0.4.