"Дайте мне точку опоры и я засну!" © или как я изобрёл подушку

"Дайте мне точку опоры и я засну!" © или как я изобрёл подушку.

На самом деле, это мой доклад на завтрашней  XXIV всероссийской нпк "Актуальные проблемы защиты и безопасности" под названием  "Предложение по доработке систем взрыво-пожарозащиты на транспорте и в зданиях" и изложенные идеи являются прямым развитием идей, выраженных в моём предыдущем посте "Предложение о кардинальном пересмотре идеологии построения пожаро-​ взрывобезопасности подвижных и неподвижных объектов военной и гражданской техники"

ктн ПиротехникЪ

м-р вн.сл.Гайдукевич А.Е.

мл. л-т вн.сл. Комаров М.М.

Поражение (пробитие) транспортного средства или неподвижного объекта боеприпасами различных типов, в зависимости от места попадания  и внутреннего устройства, часто сопровождается аварийной утечкой из пробитых баков и магистралей топлива, гидравлической жидкости, тормозной жидкости, охлаждающей жидкости (тосола и его аналогов), масла или горючего газа  (например, для транспортных средств на газомоторном топливе). При утечках образуются топливно-воздушные смеси, пожароопасные свойства которых хорошо изучены наукой и практикой – существуют т.н. «нижний» и «верхний» концентрационный предел распространения, которые в настоящее время являются табличными данными, признаны во всём мире  и известны любому специалисту в области пожарной безопасности. Полученные боевые повреждения (повреждения в дтп) приводят к тому, что количество топлива в смеси нарастает, что в сочетании с первичными и вторичными источниками зажигания, гарантированно приводит к воспламенению смеси, а далее, в зависимости от достигнутой концентрации, приводит к дефралгации или даже объёмной детонации, что приводит к катастрофическим последствиям для людей и оборудования, находящихся в поражаемых отсеках (помещениях). Это объясняет необходимость наличия в защищаемых транспортных средствах (или неподвижных объектах)  быстродействующего и эффективного оборудования для пожаротушения. Это оборудование должно быстро обнаруживать и незамедлительно распылять огнетушащий агент и эффективно тушить пожар на начальном этапе возгорания или дефралгации, а в дальнейшем препятствовать возгоранию и взрыву от вторичных источников зажигания. Существенными ограничением являются скорость срабатывания системы (от получения сигнала от датчиков о начале возгорания до начала эффективного воздействия  огнетушащего агента) и ограничения связанные с тем, что многие огнетушащие агенты, эффективно подавляющие пожар, несовместимы с жизнью и здоровьем людей, находящихся в защищаемом отсеке (помещении), в т.ч. образовывают ядовитые вещества при нагревании в пламени пожара.

Предлагается  создание автоматической системы, работающей в двух вариантах исполнения.

В первом варианте, система обнаруживает угрозу поражения боеприпасом  транспортного средства (неподвижного объекта), или получает команду от внешнего управляющего контура (например, от системы автоматизированного управления подразделением), или от автоматизированной системы транспортного средства («автопилот», «адаптивный круиз контроль» и т.п.) обнаруживающей угрозу дтп с катастрофическими последствиями и запускающей процесс т.н. «упреждающего пожаротушения»[1], т.е. пожаротушения, которое начинается до получения защищаемым объектом каких-либо повреждений и выхода контролируемых пожарными датчиками параметров на критические значения.

Во втором варианте, система запускает процессы пожаротушения по факту выхода контролируемых пожарными датчиками параметров на критические значения или по команде оператора (режим «ручного запуска»), т.е. по общепринятому в настоящее время алгоритму.

В обоих вариантах логика работы системы предупреждения пожара и взрыва, а также защиты от баллистических поражающих факторов при пробитии защитных преград заключается в создании такой среды в защищаемом отсеке, при которой возгорание во всём объеме защищаемого отсека невозможно или может произойти только в некоторых локальных точках без возможности дальнейшего распространения пожара и взрыва в защищаемом объёме.

Данная цель достигается тем, что кардинально перестраиваются физические условия работы противопожарных систем и их взаимодействия с топливно-воздушной смесью. При сохранении существующего варианта работы противопожарных систем, их работа (независимо от способа запуска), заключается в том, что в защищаемом объёме тем или иным способом производится распыление огнетушащего агента – по объёму или по поверхности. Схематично работа существующих систем взрыво-пожарозащиты представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 -  Вариант работы существующих систем, применяется только огнетушащий агент

На рисунке 2 представлена компьютерная модель свободного распространения топливно-воздушной смеси в десантном отсеке бронемашины с последующим воспламенением и взрывом.

 

 

Рисунок 2  -   Компьютерная реконструкция свободного распространения топливно-воздушной смеси в десантном отсеке бронемашины с последующим воспламенением и взрывом. Скриншот из ролика «О детонации топливных баков Т-34, сорванных башнях и разорванных корпусах» канала Yar Studio на видеохостинге  youtube

 

На рисунке 3 показан натурный эксперимент канадских авторов по исследованию взрыва топливно-воздушной смеси в десантном отсеке боевой машины[2].

 

Рисунок 3 –  Эксперимент канадских авторов по моделированию пожара и взрыва в отсеке боевой машины

 

При этом топливно-воздушная смесь, образовавшаяся в результате катастрофического воздействия, свободно распространяется в защищаемом объёме. Предлагаемый способ пожаротушения, заключается в том, что наряду с обычным способом распыления огнетушащего агента внутри защищаемого объёма или без него, в защищаемом объёме срабатывают т.н. «противопожарно-противоосколочные подушки», изготовленные с применением специальных стойких к баллистическим воздействиям огнестойких материалов (в варианте «противопожарно-противоосколочного» исполнения для военной техники, в варианте «противопожарного» исполнения для гражданской техники). Принцип срабатывания таких подушек аналогичен привычному в автомобильной индустрии способу срабатывания, с той разницей, что для быстрого и сверхбыстрого наполнения «противопожарно-противоосколочных огнестойких подушек» могут применяться пиротехнические составы, имеющие выраженное противопожарное действие, а при необходимости, наддув подушек продолжается длительное время (избыточное давление сбрасывается через предохранительные клапаны). Также обязательным условием работы «противопожарных» подушек является их огнестойкость.

На рисунке 4 показан момент срабатывания фронтальных подушек безопасности применяемых в современной автомобильной индустрии.

 

Рисунок 4  -   Момент срабатывания фронтальных подушек безопасности применяемых в современной автомобильной индустрии.

Таким образом, достигаются следующие эффекты (в варианте работы в отсеке военной техники):

1. Быстро раздувшиеся от сработавших пиропатронов подушки «съедают» т.н. «свободные» объёмы защищаемого отсека, чем, во-первых,  физически препятствуют свободному распространению топливно-воздушной смеси в объёме защищаемого отсека, а во-вторых, выталкивают «лишний» воздух (для чего, конечно, необходимо предусмотреть клапаны для сброса избыточного давления из защищаемого отсека), т.е. резко уменьшают количество окислителя в защищаемом объеме. Кроме того, они физически ограничивают распространения опасных факторов пожара внутри защищаемого отсека.
2. Поскольку в результате срабатывания «противопожарно-противоосколочных подушек» резко уменьшается «свободный» объём в защищаемом помещении, то эффективность распыляемого в нём огнетушащего агента (огнетушащий агент в «свободном» объеме защищаемого отсека распыляется как параллельный  срабатыванию подушек процесс) резко возрастает скорость нарастания его концентрации (градиент) в атмосфере защищаемого отсека, что позволяет уменьшить минимально необходимый физический объём (количество) распыляемых огнетушащих веществ и обеспечить противопожарной системе длительное и многократное активное воздействие на топливно-воздушную смесь при том же физическом объёме (массе) запасённого в системе пожаротушения  огнетушащего агента.
3.  Применение специальных стойких к баллистическим воздействиям и опасным факторам пожара (огнестойких) материалов, позволяет снизить убойное действие поражающих факторов боеприпасов при пробитии внешнего контура (прежде всего, первичные и вторичные осколки, элементы кумулятивной струи, ударного ядра  и брызги расплавленного металла бронезащиты), замедляют или останавливают сорванные (или незакреплённые) предметы, представлющие смертельную опасность для людей и оборудования  и позволяют снизить вероятность пожара и взрыва от вторичных причин возгорания.
4. Применение «противопожарно-противоосколочных подушек» позволяет пойти на обоснованный риск применения (внутри подушек, конечно) опасных для жизни и здоровья людей огнетушащих агентов. После окончания «пожарной тревоги» или через заданное время, огнетушащий агент откачивается из подушек «за борт» или «набивается» компрессором обратно в систему пожаротушения. Возможность рекуперации огнетушащего агента может оказаться весьма ценным свойством системы пожаротушения для транспортных средств, длительно находящихся в отрыве от баз (корабли океанской зоны, космические корабли и т.д.).
5. При достижении в части отсека, «отсечённой» подушкой от остального объёма коридора концентрации между НКПР[3] и ВКПР[4],  происходит взрыв топливно-воздушной смеси и срабатывают вышибные панели в части отсека, затронутой взрывом, воздействие взрыва (температура, избыточное давление, резкое изменение газового состава атмосферы) в значительной степени ограничивается «отгороженной» подушками частью отсека.

На рисунке 5 представлена принципиальная схема работы предлагаемой системы.

 

а) исходное состояние

б) после  пробития снарядом и срабатывания подушек с  заполнением отсека  огнетушащим агентом

в) после  пробития снарядом и срабатывания подушек с  заполнением отсека  огнетушащим агентом в случае достижения параметров между НКПР и ВКПР (в случае неудачи работы систем пожаротушения по подавлению пожара и взрыва), происходит взрыв топливно-воздушной смеси и срабатывают вышибные панели в части отсека, затронутой взрывом

 

Рисунок 5 – Эскиз - схема работы предложенной системы в отсеке транспортного средства

 

При реализации предложенного алгоритма на гражданском транспорте - при дорожно-транспортных происшествиях, авиационных происшествиях,  происшествиями с морским транспортом и другими видами транспорта, реализуется схема работы, описанная выше, с поправкой на некоторое «упрощение» и удешевление применяемого оборудования – требование стойкости к осколкам может сниматься полностью или существенно снижаться.

При реализации предложенного изобретения для пожаро- взрывозащиты зданий, возможны варианты применения «противопожарных подушек» совместно или без применения огнетушащих агентов для пожаротушения. По нашему мнению, возможность локализации и существенного замедления распространения опасных факторов пожара по защищаемому зданию может обеспечить существенный выигрыш для обеспечения эвакуации и развёртывания пожарных подразделений без внесения существенных изменений в принятые объёмно-планировочные решения (рисунок 6).

 

Рисунок 6 – Эскиз - схема работы предложенного изобретения в помещении (коридоре) здания в различных вариантах

Существенным моментом при использовании предлагаемых подушек является возможность ограничения подачи огнетушащего агента площадью, ограниченной подушками и очагом возгорания, в последующем – включение дополнительных распылителей огнетушащего агента – по мере необходимости т.е. по срабатывающим датчикам, что обеспечит нанесение меньшего ущерба защищаемым помещениям и имуществу в них.

Выбор конкретной системы пожаротушения при решении задачи взрыво- пожарозащиты зависит от выделенного бюджета, условий эксплуатации (прежде всего, температурных), возможностей по её размещению внутри защищаемых объёмов и наличия в них людей. Прогнозируется, что наиболее эффективным будет  вариант с  использованием быстродействующих (сверхбыстродействующих) импульсно-распылительных устройств, создающих за доли секунды в объёме защищаемого отсека мультивихревой газо-капельный  шквал или газопорошковый вихрь, которые за счёт многократных отражений от поверхностей корпуса и оборудования отсека обеспечивает эффективное тушащее воздействие и создание неблагоприятной для зажигания и взрыва топливо-воздушной смеси среды и имеющейся пожарной нагрузки.

Спасибо за внимание.

P.S. Подушка, которую я "изобрёл" - противопожарно-противоосколочная, многоразовая. Курю бамбук, жду что скажет РосПатент... Знакомые специалисты в области пожарной безопасности реагируют примерно так: "А что так можно было?!"