RU2198007C1

RU2198007C1 - Independent fire-suppressing apparatus

Info

Publication number: RU2198007C1
Application number: RU2001117348A
Authority: RU
Inventors: Э.М. Янулевич; О.С. Дьяконова; Н.Т. Алёхина; В.С. Юраш
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-02-10

Abstract

FIELD: fire-fighting equipment. SUBSTANCE: apparatus has heat-sensitive members made in the form of curved plates, which are manufactured from material possessing thermomechanical memory effect. Plates are arranged in focus of parabolic mirrors faced toward proposed ignition sources. Said plates are mechanically connected to electric switches and pumps, which close pneumatic system for supplying fire suppressing medium, for example liquefied carbonic acid. Apparatus is further equipped with rotating nozzles-branch pipes for supplying fire suppressing medium to ignition zone and is connected to electric switch of power supply network of fire-hazardous object and with electric circuit of fire warning system. In case of occurrence of fire, for example upon ignition of some fire-hazardous object, parabolic reflector directed toward this object focuses radiant energy on curved part of plate manufactured from material possessing thermomechanical memory effect. Upon heating of plate, it is unbent to release pump of pneumatic system, from which fire suppressing mixture is directed through rotating nozzles onto burning object. Apparatus allows ignition zone in room to be detected for short time, warning signal to be generated and delivered to related address and fire suppressing system to be automatically switched on. EFFECT: increased efficiency and enhanced reliability in operation. 2 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области пожаротушения, и в частности к автоматическим устройствам сигнализации о пожарной обстановке и последующим мерам пожаротушения. The proposed technical solution relates to the field of fire extinguishing, and in particular to automatic fire alarm systems and subsequent fire extinguishing measures.

В случае возникновения очага воспламенения в каком-либо помещении необходимо в кратчайший срок установить место возгорания, сформировать и передать по адресу сигнал тревоги и, в идеальном случае автоматически, включить систему пожаротушения. In the event of a source of ignition in a room, it is necessary to establish the place of ignition as soon as possible, generate an alarm signal and send it to the address, and, in the ideal case, automatically turn on the fire extinguishing system.

Известны устройства пожарных извещателей, основанные на регистрации дымовой ионизации (США, патент 3559196, кл. 340-237, 1971г.; Великобритания, заявка 1273307, кл. G1, 1971г.). Known devices for fire detectors based on registration of smoke ionization (USA, patent 3559196, CL 340-237, 1971; Great Britain, application 1273307, CL G1, 1971).

Известно ранцевое устройство для тушения пожара, включающее баллон высокого давления рабочего газа с запорно-пусковым клапаном, сосуд с огнегасящей жидкостью и трубопроводы (РФ, заявка 99109441, А 62 С 37/08). Known knapsack device for extinguishing a fire, including a high pressure cylinder of a working gas with a shut-off and start valve, a vessel with extinguishing fluid and pipelines (RF, application 99109441, A 62 C 37/08).

Известно устройство аэрозольного генератора для тушения пожара, включающее корпус с выпускными отверстиями, емкости с аэрозолеобразующим составом и узел запуска с воспламеняющимся составом (РФ, патент 2163495, А 62 С 37/22). A device of an aerosol generator for extinguishing a fire is known, including a housing with exhaust openings, containers with an aerosol-forming composition and a launch unit with a flammable composition (RF patent 2163495, A 62 C 37/22).

Все эти устройства предназначены лишь для сигнализации о пожаре и не обеспечивают автоматического тушения пожара. All these devices are intended only for fire alarm and do not provide automatic fire extinguishing.

Известно автоматическое устройство противопожарной защиты, содержащее емкость с огнетушащим веществом, пусковое устройство, распределительную сеть с распылителями и побудительное устройство, включающее нагреватель тушащего вещества. Устройство также снабжено насадкой с эжектором для акустического излучения (РФ, патент 2060741, А 62 С 35/00). Known automatic fire protection device containing a container with a fire extinguishing agent, a starting device, a distribution network with spray guns and an induction device including a fire extinguishing agent heater. The device is also equipped with a nozzle with an ejector for acoustic radiation (RF patent 2060741, A 62 C 35/00).

Устройство срабатывает лишь при достижении нагревателем тушащего вещества критической температуры и не обладает способностью узконаправленного воздействия на загоревшийся объект. The device is triggered only when the extinguishing agent reaches a critical temperature and does not have the ability to narrowly target a lit object.

Известно устройство (прототип), для запуска автономной установки пожаротушения (РФ, патент 2055615, заявка 93008733, А 62 С 37/00). Устройство содержит термоэлемент в виде упругого кольца с термомеханической памятью формы, П-образную скобу для поджатия и фиксации термоэлемента, электроконтактные средства с подпружиненным штоком. При повышении температуры выше порогового значения сила деформации кольца воздействует на шток и перемещает его на длину, необходимую для подключения контактов электронного средства. A device (prototype) is known for starting an autonomous fire extinguishing installation (RF, patent 2055615, application 93008733, A 62 C 37/00). The device contains a thermocouple in the form of an elastic ring with a thermomechanical shape memory, a U-shaped bracket for preloading and fixing the thermocouple, electrical contact devices with a spring-loaded rod. When the temperature rises above a threshold value, the deformation force of the ring acts on the rod and moves it to the length necessary to connect the contacts of the electronic means.

Целью данного предложения является улучшение эксплуатационно-функциональных характеристик устройства за счет обеспечения автоматического целенаправленного пожаротушения. Изобретение охарактеризовано всей совокупностью признаков формулы изобретения. The aim of this proposal is to improve the operational and functional characteristics of the device by providing automatic targeted fire fighting. The invention is characterized by the totality of the features of the claims.

Разработанное устройство включает в себя термочувствительные элементы в виде изогнутых пластин из материала с термомеханической памятью. Пластины, в отличие от прототипа, расположены в фокальной плоскости параболических зеркал, обращенных в сторону предполагаемых источников возгорания. Эти пластины механически связаны с электровыключателями и клапанами, перекрывающими пневмосистему подачи пожарогасящей среды, например сжиженной углекислоты. Также, в отличие от прототипа, устройство снабжено поворотными соплами-патрубками подачи пожарогасящей среды в зону возгорания. The developed device includes thermosensitive elements in the form of curved plates of material with thermomechanical memory. Plates, unlike the prototype, are located in the focal plane of parabolic mirrors facing the alleged sources of ignition. These plates are mechanically connected to electrical switches and valves that shut off the pneumatic system for supplying a fire extinguishing medium, such as liquefied carbon dioxide. Also, unlike the prototype, the device is equipped with rotary nozzles, nozzles for supplying a extinguishing medium to the ignition zone.

Такое выполнение устройства позволяет не только своевременно фиксировать факт возгорания, но и принять срочные меры по обеспечению пожаротушения. This embodiment of the device allows not only to timely record the fact of fire, but also to take urgent measures to ensure fire fighting.

Изобретение представлено на фиг. 1 и 2. The invention is presented in FIG. 1 and 2.

Фиг. 1. Общий вид устройства пожаротушения. FIG. 1. General view of the fire extinguishing device.

Фиг. 2. Продольный разрез механизма подачи пламягасящего состава. FIG. 2. A longitudinal section of the feeding mechanism of the flame-retardant composition.

На корпусе 1, выполненном, например, в виде сварной рамы, закреплены, например, посредством сварки, рабочие цилиндры 2, установленные в нижней части параболических зеркальных отражателей 3, вогнутая поверхность которых, например, алюминирована. В фокальной плоскости каждого отражателя размещена изогнутая пластина 4 из материала с термомеханической памятью формы, например из сплава никелида титана HT-I. Один конец пластины закреплен на корпусе двухполюсного переключателя 5, а другой конец, пропущенный через паз корпуса рабочего цилиндра 2, зажат в выточке профилированного поршня 6. Конический торец этого поршня перекрывает входное отверстие рабочего цилиндра, гидравлически связанного посредством патрубка 7 с баллоном 8, в котором под давлением находится, например, сжиженная углекислота. В выточке поршня 6 размещена уплотнительная прокладка 9, выполненная, например, из фторопласта или резины, а поршень 6 отжимается в осевом направлении посредством сжатой пружины 10. On the housing 1, made, for example, in the form of a welded frame, working cylinders 2 mounted in the lower part of the parabolic mirror reflectors 3, the concave surface of which, for example, are aluminized, are fixed, for example, by welding. In the focal plane of each reflector there is a curved plate 4 made of a material with a thermomechanical shape memory, for example, titanium nickelide alloy HT-I. One end of the plate is fixed to the housing of the two-pole switch 5, and the other end, passed through the groove of the working cylinder 2, is clamped in the undercut of the profiled piston 6. The conical end of this piston overlaps the inlet of the working cylinder hydraulically connected by means of a pipe 7 with a cylinder 8, in which under pressure is, for example, liquefied carbon dioxide. In the groove of the piston 6 there is a sealing gasket 9 made, for example, of fluoroplastic or rubber, and the piston 6 is pressed in the axial direction by means of a compressed spring 10.

Внутренняя полость рабочего цилиндра 2 через выходное отверстие, перекрытое поршнем 6, сообщается через сквозной канал в цилиндрическом приливе 11 и отверстие в шарнире 20 с коническим соплом 12 направленного истечения углекислоты. Шарнир включает в себя внешнюю шаровую оболочку 13, в которой размещена, например, на скользящей посадке шаровая головка 14 со сквозным изогнутым в двух плоскостях каналом, соединяющим отверстие шарнира с коническим соплом 12. При этом ось сквозного канала смещена относительно центра шаровой головки 14, а внешняя оболочка 13 снабжена сквозным вырезом, диаметр которого превышает внешний диаметр узкой части сопла 12. The inner cavity of the working cylinder 2 through the outlet, blocked by the piston 6, communicates through the through channel in the cylindrical tide 11 and the hole in the hinge 20 with a conical nozzle 12 of the directional flow of carbon dioxide. The hinge includes an external ball shell 13, in which, for example, a ball head 14 with a through bent in two planes bent in two planes connecting the hole of the hinge with a conical nozzle 12 is placed on a sliding fit. The axis of the through channel is offset from the center of the ball head 14, and the outer shell 13 is provided with a through-cut, the diameter of which exceeds the outer diameter of the narrow part of the nozzle 12.

Двухполюсный переключатель 5 снабжен подпружиненной кнопкой 15, поджатой изогнутой пластиной 4 и механически связанной с двумя нормально замкнутыми контактами 16 и двумя нормально разомкнутыми контактами 17. При этом в замкнутом положении контакты подключены в цепь 18 электросети пожароопасного объекта, например, с напряжением 220 В с нагрузкой 19, а нормально разомкнутые контакты подключены в электроцепь 20 блока пожарный сигнализации 21 с напряжением, например, 12 В. The bipolar switch 5 is equipped with a spring-loaded button 15, pressed by a curved plate 4 and mechanically connected with two normally closed contacts 16 and two normally open contacts 17. In the closed position, the contacts are connected to the circuit 18 of the fire hazardous object, for example, with a voltage of 220 V with a load 19, and normally open contacts are connected to the electrical circuit 20 of the fire alarm unit 21 with a voltage of, for example, 12 V.

Устройство, монтируемое, например, в верхней части пожароопасного помещения, работает следующим образом. A device mounted, for example, in the upper part of a fire hazardous room, operates as follows.

В случае возникновения пожара, например при возгорании телевизора или какого-либо другого пожароопасного предмета, направленный в его сторону соответствующий параболический отражатель 3 фокусирует лучистую энергию на изогнутую часть пластины 4, у которой при термической обработке на стадии мартенситных превращений сформирована "память" на выпрямление. In the event of a fire, for example, when a television set or some other fire hazardous object ignites, the corresponding parabolic reflector 3 directed towards it focuses the radiant energy onto the curved part of the plate 4, which during heat treatment at the stage of martensitic transformations forms a “memory” for rectification.

В случае нагрева пластины, например, до температуры 60-80^oС происходит ее разгибание. При этом она выходит из корпуса рабочего цилиндра 2, освобождая поршень 6 и кнопку 15, отжимаемую, например, вмонтированной в нее пружиной и размыкающую при этом электрическую цепь пожароопасного помещения напряжением, например, 220 В и замыкающую низковольтную цепь сигнализации о пожаре.In the case of heating the plate, for example, to a temperature of 60-80 ^o With its extension. At the same time, it leaves the housing of the working cylinder 2, releasing the piston 6 and the button 15, pressed, for example, by a spring mounted in it and opening the electrical circuit of the fire hazardous room with a voltage of, for example, 220 V and closing the low-voltage fire alarm circuit.

Одновременно поршень 6, отжимаемый пружиной 10 и внутренним давлением в магистрали подачи углекислоты, смещается в осевом направлении и открывает отверстие в рабочем цилиндре 2, через которое углекислота поступает к шаровой головке 14, и сопло 12. Происходит выброс пламягасящего раствора в сторону источника возгорания. При этом за счет того, что направление выброса смещено относительно центра головки 14, происходят развороты шаровой головки с патрубком в пределах, ограниченных размерами отверстия шаровой оболочки 1. Поэтому существенно расширяется зона воздействия пламягасителя на очаг пожара. В случае появления новых источников огня автоматически включаются соответственно другие элементы устройства. Время работы устройства лимитируется запасами углекислоты в баллоне 8 (или от другой магистрали) подачи раствора, которые могут быть рассчитаны, например, исходя из времени, которое потребуется на прибытие пожарной команды после сигнала тревоги от блока 21. At the same time, the piston 6, squeezed out by a spring 10 and internal pressure in the carbon dioxide supply line, is displaced in the axial direction and opens a hole in the working cylinder 2, through which carbon dioxide enters the ball head 14, and the nozzle 12. An extinguishing solution is discharged to the side of the ignition source. Moreover, due to the fact that the ejection direction is shifted relative to the center of the head 14, the ball head with the nozzle turns around within the limits limited by the size of the bore of the spherical shell 1. Therefore, the zone of influence of the flame arrestor on the fire source is significantly expanded. In the event of the appearance of new fire sources, other elements of the device are automatically switched on accordingly. The operating time of the device is limited by the carbon dioxide reserves in the cylinder 8 (or from another line) of the solution supply, which can be calculated, for example, based on the time it will take for the fire brigade to arrive after an alarm from block 21.

Для параболического отражателя его фокусное расстояние определяется из зависимости

где d - диаметр отражателя;
φ - половина угла охвата (фиг. 2).For a parabolic reflector, its focal length is determined from the dependence

where d is the diameter of the reflector;
φ is half the angle of coverage (Fig. 2).

Поскольку поверхность облучения на изогнутой пластине 4 не является точечной и при ширине пластины, например, 0.5 см, площадь облучения составит 0.25 см², параболический отражатель собирает излучение, приходящее не только вдоль его оптической оси, но также попадающее на отражатель под некоторым углом расхождения α (фиг. 1).Since the irradiation surface on the curved plate 4 is not point and, for example, with a plate width of 0.5 cm, the irradiation area is 0.25 cm ² , the parabolic reflector collects radiation that comes not only along its optical axis, but also hits the reflector at a certain angle of divergence α (Fig. 1).

Облученность Е параболического отражателя может быть рассчитана по формуле

где ε - степень черноты излучателя;
σ - постоянная излучения (5,67•10^-12 Вт/см²град.);
Т - абсолютная температура излучателя;
s - площадь излучателя;
θ - угол, под которым наблюдается плоскость излучателя;
l - расстояние от излучателя.The irradiation E of the parabolic reflector can be calculated by the formula

where ε is the degree of black emitter;
σ is the radiation constant (5.67 • 10 ^-12 W / cm ² deg.);
T is the absolute temperature of the emitter;
s is the area of the emitter;
θ is the angle at which the emitter plane is observed;
l is the distance from the emitter.

В случае возгорания, например, деревянного корпуса телевизора можно принять температуру пламени 600-750^oС, степень черноты ε=0,8.In case of fire, for example, a wooden TV case, you can take a flame temperature of 600-750 ^o C, the degree of blackness ε = 0,8.

Тогда облученность параболического отражателя, находящегося, например, на расстоянии 3 м и направленного в зону огня площадью, например, 0,5 м², составит Е=5,2•10^-2 Вт/ см². Фактически за счет угла расхождения ИК-излучения отражатель направит на пластину 4 поток величиной 7•10^-2 Вт/ см².Then the irradiation of the parabolic reflector, located, for example, at a distance of 3 m and directed into the fire zone with an area of, for example, 0.5 m ² , will be E = 5.2 • 10 ^-2 W / cm ² . In fact, due to the angle of divergence of the infrared radiation, the reflector will direct a stream of 7 • 10 ^-2 W / cm ² to the plate 4.

За счет технологии термообработки сплава никелида титана восстановление его формы может быть предопределено в пределах температур 60-80^oС (А.С. Тихонов и др. Применение эффектов памяти формы в современном машиностроении. М. : Машиностроение, 1981). Подобная технология отработана в ЦНИИ Машиностроения Росавиакосмоса и использована в различных типах изделий (СССР, а.с. 244427, заявка 3085295, 1985 г.). В частности, установлено, что усилие восстановления формы может достигать 30-40 кг/мм².Due to the heat treatment technology of the titanium nickelide alloy, the restoration of its shape can be predetermined within the temperature range of 60-80 ^o С (A.S. Tikhonov et al. Application of shape memory effects in modern mechanical engineering. M.: Mashinostroenie, 1981). A similar technology has been developed at the Central Research Institute of Mechanical Engineering of Rosaviakosmos and used in various types of products (USSR, AS 244427, application 3085295, 1985). In particular, it was found that the recovery force of the form can reach 30-40 kg / mm ² .

Исходя из вышеприведенных расчетов тепловых потоков, можно оценить время прогрева пластины 4 (изогнутой части) до ее срабатывания из формулы

где С_уд - удельная теплоемкость никелида титана;
m - масса прогреваемой пластины;
ΔT - разница между начальной температурой и температурой срабатывания;
Е - облученность отражения;
S - площадь светового отверстия отражателя.Based on the above calculations of heat fluxes, it is possible to estimate the heating time of the plate 4 (curved part) before it works from the formula

where C _beats is the specific heat of titanium nickelide;
m is the mass of the heated plate;
ΔT is the difference between the initial temperature and the response temperature;
E - reflection irradiation;
S is the area of the light hole of the reflector.

Для никелида титана плотность равна 6,5 г/см², удельная теплоемкость 0,6 Дж/г град. Принимаем диаметр отражателя 10 см. Тогда пластина длиной 20 мм, шириной 5 мм и толщиной 1 мм прогревается от комнатной температуры 20^oС до начала срабатывания при температуре 60^oС за время ~ 5 с.For titanium nickelide, the density is 6.5 g / cm ² , the specific heat is 0.6 J / g deg. We accept the diameter of the reflector 10 cm. Then the plate 20 mm long, 5 mm wide and 1 mm thick warms up from room temperature 20 ^o С to the start of operation at a temperature of 60 ^o С for ~ 5 s.

Увеличивая, например, размер параболического отражателя или приближая устройство к возможному источнику огня, можно уменьшить время до момента срабатывания устройства. Так, например, портативное устройство пожара может быть смонтировано непосредственно в корпусе телевизора. Подобные устройства, настроенные на заданный тепловой режим, могут быть установлены на самых различных пожароопасных объектах (в элеваторах - хранилищах зерна, в отсеках подводных лодок и других плавсредствах и т.п.). By increasing, for example, the size of the parabolic reflector or by moving the device closer to a possible source of fire, you can reduce the time until the device triggers. So, for example, a portable fire device can be mounted directly in the TV. Similar devices configured for a given thermal regime can be installed on a wide variety of fire hazardous facilities (in elevators - grain storages, in submarine compartments and other boats, etc.).

Следует также отметить, что достоинством данной конструкции датчика пожара в системе пожаротушения, помимо его автоматического срабатывания в направлении очага возгорания, является отсутствие необходимости подачи электроэнергии для ее задействования. Система может быть применена в различных областях народного хозяйства (в кораблестроении, на складах, промышленных предприятиях и т.п.). Например, вариант этой системы может быть установлен под капотом автомобиля для быстрого воздействия на загоревшийся мотор. It should also be noted that the advantage of this design of the fire sensor in the fire extinguishing system, in addition to its automatic operation in the direction of the fire source, is the absence of the need to supply electricity to activate it. The system can be applied in various areas of the national economy (in shipbuilding, in warehouses, industrial enterprises, etc.). For example, a variant of this system can be installed under the hood of a car for quick exposure to a lit engine.

Claims

An autonomous fire extinguishing device comprising a housing with radiation detectors fixed on it, each of which is made in the form of a parabolic specular reflector, in the focal plane of which there is a thermosensitive element made of material with a thermomechanical shape memory in the form of a curved plate, one end of which is fixed to the housing of a two-pole electrical contact switch , and the other end is passed through a groove in the body of the working cylinder and clamped in the undercut of a spring-loaded profiled piston, which hermetically installed in the inlet of the working cylinder, hydraulically connected to the cylinder containing a composition for pressure extinguishing under pressure, and the outlet of the working cylinder is hydraulically connected through the through channel in the ball head with the output nozzle, which is mounted with the possibility of rotation in the ball shell, while bent into on two planes, the through channel in the ball head is offset from its center, and the bipolar electrical contact switch is electrically connected to two normally closed con strokes of the power network and two normally open contacts of the fire alarm circuit.