Спосіб гасіння пожежі газового та нафтового фонтана та пристрій для його здійснення

1. Способ тушения пожара газового и нефтяного фонтана, заключающийся в совместной струйной транспортировке инертного газа и капель хладагента в зону горения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что транспортирующий поток инертного газа струйного истечения разгоняют до сверхзвуковой скорости с числом Маха не менее 3. 2. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что хладагонт предварительно, до сверхзвукового ускорения транспортирующего потока инертного газа, испаряют \л смешивают с последним для образования парогазовой смеси. 3. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в транспортирующий поток инертного газа вводят частицы твердой фазы. 4. Способ п о п . 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что значение скорости истечения парогазовой смеси VM выбирают не меньшим значения Vo, удовлетворяющего соотношению 2 С? v + ° [2aVC где Со - скорость звука в смеси в начальном сечении струи; а = 0,076 - коэффициент структуры турбулентной струи; Vcp - минимальная скорость струи, обеспечивающая срыв факела; Хо - расстояние, на котором скорость струи уменьшается до значения, меньше ™ Vco; ро - плотность смеси в начальном сечении струи; m ~ массовый расход смеси. 5. Способ п о п . 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что после срыва факела уменьшают начальную скорость транспортирующего потока инертного газа до значения, соответствующего числу Маха М не меньшему 1,1. 6. Устройство тушения пожара газового и нефтяного фонтана, содержащего камеру сгорания и сопло Лаваля, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что камера сгорания выполнена в виде камеры сгорания ракетного двигателя с форсунками для подачи хладагента, которые расположены внутри камеры сгорания со стороны сопла вне зоны сгорания топлива. 7. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что камера сгорания выполнена с разделительной диафрагмой в виде дозвуковой части сопла Лаваля, отделяющей зону сгорания топлива ракетного двигателя от форсунок хладагента. С > О з. 27155 Изобретение относится к области тушения пожаров, а именно к способам и средствам тушения нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано для повышения эффективности тушения газо- 5 вых и нефтяных фонтанов с большим дебитом. Известны способы тушения пожаров, основанные на дозвуковой струйной транспортировке в зону горения капельной жид- 10 кости - хладагента, например, воды (см. Пожарная тактика / Повзик Я.С., Клюсс П.П., Матвейкин A.M. - М.: Стройиздат, 1990, с. 227-229). Подача капельного хладагента в зону пожара способствует сни- 15 жению температуры в зоне горения ниже точки воспламенения. Устройство для реализации указанных способов содержит дозвуковое сопло, формирующее струю хладагента. 20 Однако эти способы и устройства малоэффективны, особенно при тушении газовых и нефтяных фонтанов с большим дебитом в условиях интенсивного теплоподвода, поскольку не обеспечивает необ- Й> ходимую дальнобойность струй, при которой с безопасного расстояния можно сорвать пламя и снизить температуру в зоне горения ниже точки воспламенения. Известны способы тушения пожаров, 30 основанные на дозвуковой струйной транспортировке в зону горения инертных газов, в частности, выхлопных газов (см. Пожарная тактика / Повзик Я.С., Клюсс П.П., Матвейкин A.M. - М.: Стройиздат, 35 1990, с. 229-232). Их введение в зону горения приводит к снижению концентрации паров горящей жидкости или горящего газа и кислорода, что, в конечном итоге способствует сни- 40 жению температуры в зоне горения ниже точки воспламенения. Установка для реализации указанных способов содержит дозвуковое сопло, формирующее струю инертного газа. Уст- 45 ройство, использующее в качестве инертного газа выхлопные газы, содержит также камеру сгорания газотурбинного двигателя. Однако эти способы и устройства так- 50 же малоэффективны по указанной выше причине. Наиболее близким аналогом заявляемого способа, выбранным в качестве прототипа, является способ тушения пожара 55 в нефтяной или газовой скважине, реализованный в устройствах пожарных автомобилей АГВТ (см. Пожарная тактика / Повзик Я.С. и др. - М.гСтройиздат, 1990, с. 230) и включающий генерирование доз вуковой струи инертного газа, подачу в нее воды и последующую совместную транспортировку инертного газа и капель воды в зону горения. Общими существенными признаками известного и заявляемого способов являются генерирование инертного газа, формирование его направленного движения в виде струи и совместная струйная транспортировка инертного газа и хладагента капельной жидкости в зону горения. При реализации способа-прототипа направленное движение инертного газа осуществляется в виде дозвуковой струи, характеризующейся низкой дальнобойностью, не обеспечивающей возможность срыва пламени и снижение температуры в зоне горения ниже значения, соответствующего точке воспламенения горючего вещества. Кроме того, введение хладагента в струю после окончания ее разгона приводит к дополнительному торможению потока инертного газа и, как следствие, уменьшению дальнобойности струи. Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является устройство для тушения пожара, содержащее баллон с горючим газом, камеру сгорания и сопло Лаваля, формирующее сверхзвуковую струю газа (см. Пожар потушить пожаром // Изобретатель и рационализатор. - 1990. - № 9. - С. 19). Тушение пожара указанным устройством осуществляется за счет дополнительного выжигания кислорода в 3 3 зоне пожара объемом ~ 5 1 0 м при подаче в нее горящего газа, и как следствие, балластированию зоны пожара инертными продуктами сгорания газа. Общими существенными признаками известного и заявляемого устройств являются наличие камеры сгорания и соединенного с ней сопла Лаваля, обеспечивающего формирование сверхзвуковой струи газа, подаваемого в зону пожара. Однако, эффективность тушения пожара известным устройством весьма низка, ввиду наличия явления "вовлечения турбулентным диффузионным факелом в зону горения гораздо больших объемов (на 4 0 0 % больше), чем требуется для простого сгорания горючей жидкости или газа" (см. Д. Драйздел. Введение в динамику пожаров. - М.: Стройиздат, 1990, с. 137). Кроме того, известное устройство, способствуя дополнительному выжиганию кислорода в зоне пожара, способствует повышению температуры в зоне пожара, что, с учетом изложенного выше, обусловливает существен 27155 ное снижение эффективности пожаротушения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа тушения пожаров нефтяных и газовых фонтанов, в котором введением нового режима движения струи инертного газа с хладагентом достигается увеличение ее дальнобойности до значения, обеспечивающего с безопасного расстояния срыв пламени и снижение температуры в зоне горения ниже точки воспламенения и, следовательно, повышение эффективности тушения пожара. В основу изобретения поставлена также задача усовершенствования устройства для тушения пожара, в котором новым конструктивным выполнением камеры сгорания и расположением форсунок для введения хладагента обеспечивается увеличение дальнобойности истекающей струи инертного газа с хладагентом и за счет этого повышается эффективность тушения пожара. Поставленная задача решается тем, что в способе тушения пожара газового и нефтяного фонтана, заключающемся в совместной струйной транспортировке инертного газа и капель хладагента в зону горения, согласно изобретению, транспортирующий поток инертного газа струйного истечения разгоняют до сверхзвуковой скорости с числом Маха М ^ 3. Кроме того, хладагент предварительно, до сверхзвукового ускорения, испаряют и смешивают с потоком транспортирующего инертного газа. Кроме того, в транспортирующий поток инертного газа вводят частицы твердой фазы. Значение скорости истечения парогазовой смеси VM выбирают не меньшим значения Vo, удовлетворяющего соотношению 10,7 С2 n y 2 "o , f 0,96 *t*l л_\ і 5 10 15 20 25 30 35 40 45 -•^x (1) 50 где С о - скорость звука в смеси в начальном сечении струи; Vcp - минимальная скорость струи, обеспечивающая срыв факела; 55 а = 0,076 - коэффициент структуры турбулентной струи; Х о - расстояние, на котором скорость струи уменьшается до значения, меньше ро - плотность смеси в начальном сечении струи; m - массовый расход смеси. После срыва факела уменьшают начальную скорость транспортирующего потока инертного газа до значения, соответствующего числу Маха М не меньшему 1,1. Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для тушения пожара содержащем камеру сгорания и сопло Лаваля согласно изобретению камера сгорания выполнена в виде камеры сгорания ракетного двигателя с форсунками для подачи хладагента, которые расположены внутри камеры сгорания со стороны сопла вне зоны сгорания топлива. Кроме того, камера сгорания выполнена также с разделительной диафрагмой в виде дозвуковой части сопла Л аваля, отделяющей зону сгорания топлива ракетного двигателя от форсунок хладагента. Наличие в предлагаемом устройстве камеры сгорания в виде камеры сгорания ракетного двигателя обеспечивает возможность достижения скорости истечения инертного газа (продуктов сгорания) VM не меньшей значения удовлетворяющего соотношению (1), в том числе соответствующей значению М>3. При этом обеспечивается возможность ввода в транспортирующий поток инертного газа (продуктов сгорания) частиц твердой фазы путем выбора топлива соответствующего состава. Кроме того, выполнение камеры сгорания ракетного двигателя с форсунками для подачи хладагента, которые расположены внутри камеры сгорания со стороны сопла вне зоны сгорания топлива, а также выполнение камеры сгорания с разделительной диафрагмой в виде дозвуковой части сопла Лаваля, отделяющей зону сгорания топлива ракетного двигателя от форсунок хладагента позволяет осуществить предварительное, до сверхзвукового ускорения, испарение и смешивание хладагента с потоком транспортирующего инертного газа, а также после срыва факела уменьшение начальной скорости транспортирующего потока инертного газа до значения, соответствующего числу Маха М £ 1,1, обеспечивая, таким образом, реализацию предлагаемого способа. Это позволяет сделать вывод, что предлагаемые изобретения связаны между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел и, следовательно, требование единства изобретения выполняется. В отличие от прототипа в предлагаемом способе тушения пожара газового 27155 12 (1). Таким образом, выбор значения скогорения, что, очевидно, повышает эффекрости истечения парогазовой смеси VM не тивность пожаротушения. меньшим значения, удовлетворяющего Рассматриваемая сверхзвуковая струя соотношению (1), позволяет реализовать на основном участке ее распространения является турбулентной. Для определения 5 дальнобойность струи, обеспечивающей с безопасного расстояния срыв пламени поосновных характеристик турбулентных стжара. Расчет поля температуры в струю руй можно воспользоваться следующими по соотношениям работы (Теория турбусоотношениями. Осевая скорость V дозвулентных струй / Абрамович Г.М. и др. ковой струи связана с другими ее параметрами соотношением (см. Михеев В.П. 10 М.: Наука, 1984) в широком диапазоне изменения реально варьируемых параметГазовое топливо и его сжигание. - М.: ров позволил также установить, что на Недра, 1966 расстоянии Хо > 80-100 м температура в 0,96 м струе всегда намного ниже точки воспла(3) V = Vo a X + 0 > 2 9 ' c 15 менения. Примеры осуществления изобретения. где X - расстояние вдоль струи; В случае мощного пожара, иапример, Ro - начальный радиус струи. газового фонтана с дебитом - 3 млн. м 3 / Откуда /сутки с диаметром начального сечения RofO,96V0 20 фонтана d = 0,7 м скорость срыва факеQ2Q\ (4) ла, рассчитываемая по соотношению (2), = a 1 —у U,^»J. составит Vcp s 89 м/с. При характерных В рассматриваемом случае сверхзвузначениях параметров р0 = 0,12 кг/м 3 (для ковой струи правая часть соотношения (4) паро-воздушной смеси и при температуре должна быть дополнена членом X e , рав25 ~ 2950 К и давлении - 1 ат); С о ^ 1415 м/с; ным длине ее сверхзвукового участка: Хо = 130 м; m = 45 кг/с соотношению (1) удовлетворяет значение скорости Vo равX - Х ное ~ 4250 м/с, что соответствует числу I Маха М = 3. Таким образом, выбирая скоПри этом длина Хсв сверхзвукового 30 рость истечения смеси по условию VM > 4250 участка струи может быть определена в м/с, удается обеспечить выполнение соотношения М > 3 (например, при VM = 4950 зависимости от числа Маха М Л = = в ее м/с М = 3,5). При этом температура в начальном сечении по эмпирической форструе на расстоянии Хо = 130 м не премуле (см. Теория турбулентных струй / 35 высит 330 К, что значительно ниже темАбрамович Г.Н. и др. - М.: Наука, 1984) пературы самовоспламенения (570-930 К) основных компонентов природного газа и нефтяных фракций. = 10,7 М о (М о - 1) + 16,7, (6) Уменьшение начальной скорости VM 40 транспортирующего потока (за счет умень2а шения массового расхода гл до ~ 10 кг/с) которая получена на основании статистидо значения =1560 м/с, соответствующего ческой обработки соответствующих эксчислу Маха М = 1,1 еще позволяет после периментальных данных. Подставляя соотсрыва факела транспортировать в зону ношение (6) в (5), и выбирая скорость V, равной скорости Vcp, при которой проис- 45 горения (на расстояние Хо = 130 м) смесь ходит отрыв пламени (см. (2)), можно найти инертного газа и хладагента со скорострасстояние Хо, на котором скорость струи ью V = 1-10 м/с, не меньшей скорости уменьшается до значения, соответствуюконвективных течений в очаге пожара. При щего Vcp (минимально необходимую дальэтом условии обеспечивается эффектив50 ное снижение температуры в зоне горенобойность): ния при наиболее экономном расходова{[10,7Мо(Мо-1) X. =2 нии пожаротушащих средств. Устройство работает следующим образом. Топливная смесь сжигается в зоне го(7) рения камеры сгорания 1 (фиг. 1, 2). Образующиеся в зоне горения топлива проЗдесь, учтено, что Ro = дукты сгорания формируют поток транс• Соотпортирующего инертного газа, в который ношение (7) легко преобразуется к виду через форсунку 3 впрыскивается хлада 2к 13 27155 гент. После испарения хладагента смесь ускоряется в сопле Лаваля 2 до необходимой сверхзвуковой скорости истечения VM и транспортируется в зону пожара. Скорость истечения VM регулируется изменением массового расхода топливной сме Талли&О ^шл ^т Ul О 27155 Изобретение относится к области тушения пожаров, а именно к способам и средствам тушения нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано для повышения эффективности тушения газо- 5 вых и нефтяных фонтанов с большим дебитом. Известны способы тушения пожаров, основанные на дозвуковой струйной транспортировке в зону горения капельной жид- 10 кости - хладагента, например, воды (см. Пожарная тактика / Повзик Я.С., Клюсс П.П., Матвейкин A.M. - М.: Стройиздат, 1990, с. 227-229). Подача капельного хладагента в зону пожара способствует сни- 15 жению температуры в зоне горения ниже точки воспламенения. Устройство для реализации указанных способов содержит дозвуковое сопло, формирующее струю хладагента. 20 Однако эти способы и устройства малоэффективны, особенно при тушении газовых и нефтяных фонтанов с большим дебитом в условиях интенсивного теплоподвода, поскольку не обеспечивает необ- 25 ходимую дальнобойность струй, при которой с безопасного расстояния можно сорвать пламя и снизить температуру в зоне горения ниже точки воспламенения. Известны способы тушения пожаров, 30 основанные на дозвуковой струйной транспортировке в зону горения инертных газов, в частности, выхлопных газов (см. Пожарная тактика / Повзик Я.С., Клюсс П.П., Матвейкин A.M. - М.: Стройиздат, 35 1990, с. 229-232). Их введение в зону горения приводит к снижению концентрации паров горящей жидкости или горящего газа и кислорода, что, в конечном итоге способствует сни- 40 жению температуры в зоне горения ниже точки воспламенения. Установка для реализации указанных способов содержит дозвуковое сопло, формирующее струю инертного газа. Уст- 45 ройство, использующее в качестве инертного газа выхлопные газы, содержит также камеру сгорания газотурбинного двигателя. Однако эти способы и устройства так- 50 же малоэффективны по указанной выше причине. Наиболее близким аналогом; заявляемого способа, выбранным в качестве прототипа, является способ тушения пожара 55 в нефтяной или газовой скважине, реализованный в устройствах пожарных автомобилей АГВТ (см. Пожарная тактика / Повзик Я.С. и др. - М.:Стройиздат, 1990, с. 230) и включающий генерирование доз вуковой струи инертного газа, подачу в нее воды и последующую совместную транспортировку инертного газа и капель воды в зону горения. Общими существенными признаками известного и заявляемого способов являются генерирование инертного газа, формирование его направленного движения в виде струи и совместная струйная транспортировка инертного газа и хладагента капельной жидкости в зону горения. При реализации способа-прототипа направленное движение инертного газа осуществляется в виде дозвуковой струи, характеризующейся низкой дальнобойностью, не обеспечивающей возможность срыва пламени и снижение температуры в зоне горения ниже значения, соответствующего точке воспламенения горючего вещества. Кроме того, введение хладагента в струю после окончания ее разгона приводит к дополнительному торможению потока инертного газа и, как следствие, уменьшению дальнобойности струи. Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является устройство для тушения пожара, содержащее баллон с горючим газом, камеру сгорания и сопло Лаваля, формирующее сверхзвуковую струю газа (см. Пожар потушить пожаром // Изобретатель и рационализатор. - 1990. - № 9. - С. 19). Тушение пожара указанным устройством осуществляется за счет дополнительного выжигания кислорода в зоне пожара объемом - 5 1 0 3 м 3 при подаче в нее горящего газа, и как следствие, балластированию зоны пожара инертными продуктами сгорания газа. Общими существенными признаками известного и заявляемого устройств являются наличие камеры сгорания и соединенного с ней сопла Лаваля, обеспечивающего формирование сверхзвуковой струи газа, подаваемого в зону пожара. Однако, эффективность тушения пожара известным устройством весьма низка, ввиду наличия явления "вовлечения турбулентным диффузионным факелом в зону горения гораздо больших объемов (на 4 0 0 % больше), чем требуетсядля простого сгорания горючей жидкости или газа" (см. Д. Драйздел. Введение в динамику пожаров. - М.: Стройиздат, 1990, с. 137). Кроме того, известное устройство, способствуя дополнительному выжиганию кислорода в зоне пожара, способствует повышению температуры в зоне пожара, что, с учетом изложенного выше, обусловливает существен 27155 ное снижение эффективности пожаротушения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа тушения пожаров нефтяных и газовых фонтанов, в котором введением нового режима движения струи инертного газа с хладагентом достигается увеличение ее дальнобойности до значения, обеспечивающего с безопасного расстояния срыв пламени и снижение температуры в зоне горения ниже точки воспламенения и, следовательно, повышение эффективности тушения пожара. В основу изобретения поставлена также задача усовершенствования устройства для тушения пожара, в котором новым конструктивным выполнением камеры сгорания и расположением форсунок для введения хладагента обеспечивается увеличение дальнобойности истекающей струи инертного газа с хладагентом и за счет этого повышается эффективность тушения пожара. Поставленная задача решается тем, что в способе тушения пожара газового и нефтяного фонтана, заключающемся в совместной струйной транспортировке инертного газа и капель хладагента в зону горения, согласно изобретению, транспортирующий поток инертного газа струйного истечения разгоняют до сверхзвуковой скорости с числом Маха М > 3. Кроме того, хладагент предварительно, до сверхзвукового ускорения, испаряют и смешивают с потоком транспортирующего инертного газа. Кроме того, в транспортирующий поток инертного газа вводят частицы твердой фазы. Значение скорости истечения парогазовой смеси VM выбирают не меньшим значения Vo, удовлетворяющего соотно• шению ЗО 35 40 45 l2aVe (1) §Р где Со - скорость звука в смеси в начальном сечении струи; Vcp - минимальная скорость струи, обеспечивающая срыв факела; 55 а = 0,076 - коэффициент структуры турбулентной струи; Хо - расстояние, на котором скорость струи уменьшается до значения, меньшего Vср» p0 - плотность смеси в начальном сечении струи; гл - массовый расход смеси. После срыва факела уменьшают начальную скорость транспортирующего потока инертного газа до значения, соответствующего числу Маха М не меньшему 1,1. Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для тушения пожара содержащем камеру сгорания и сопло Лаваля согласно изобретению камера сгорания выполнена в виде камеры сгорания ракетного двигателя с форсунками для подачи хладагента, которые расположены внутри камеры сгорания со стороны сопла вне зоны сгорания топлива. Кроме того, камера сгорания выполнена также с разделительной диафрагмой в виде дозвуковой части сопла Л аваля, отделяющей зону сгорания топлива ракетного двигателя от форсунок хладагента. Наличие в предлагаемом устройстве камеры сгорания в виде камеры сгорания ракетного двигателя обеспечивает возможность достижения скорости истечения инертного газа (продуктов сгорания) VM не меньшей значения удовлетворяющего соотношению (1), в том числе соответствующей значению М>3. При этом обеспечивается возможность ввода в транспортирующий поток инертного газа (продуктов сгорания) частиц твердой фазы путем выбора топлива соответствующего состава. Кроме того, выполнение камеры сгорания ракетного двигателя с форсунками для подачи хладагента, которые расположены внутри камеры сгорания со стороны сопла вне зоны сгорания топлива, а также выполнение камеры сгорания с разделительной диафрагмой в виде дозвуковой части сопла Л аваля, отделяющей зону сгорания топлива ракетного двигателя от форсунок хладагента позволяет осуществить предварительное, до сверхзвукового ускорения, испарение и смешивание хладагента с потоком транспортирующего инертного газа, а также после срыва факела уменьшение начальной скорости транспортирующего потока инертного газа до значения, соответствующего числу Маха М £ 1,1, обеспечивая, таким образом, реализацию предлагаемого способа. Это позволяет сделать вывод, что предлагаемые изобретения связаны между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел и, следовательно, требование единства изобретения выполняется. В отличие от прототипа в предлагаемом способе тушения пожара газового 27155 или нефтяного фонтана транспортирующий поток инертного газа струйного истечения ускоряют до сверхзвуковой скорости с числом Маха М £ 3, при этом хладагент предварительно (до сверхзвукового ускорения) испаряют и смешивают с потоком транспортирующего инертного газа. Такой существенный отличительный признак способа как разгон транспортирующего потока инертного газа до сверхзвуковой скорости с числом Маха не менее 3 достаточен во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. Остальные отличительные признаки характеризуют изобретение лишь в частных случаях. Ускорение транспортирующего потока инертного газа струйного истечения до сверхзвуковой скорости VM > Vo (с числом Маха М не менее 3) позволяет обеспечить срыв пламени пожара нефтяной или газовой скважины с большим дебитом с безопасного расстояния ( > 110-130 м). Предварительное, до сверхзвукового ускорения, испарение и смешение хладагента с потоком транспортирующего инертного газа позволяет хладагенту в парообразном состоянии преодолеть сверхзвуковой участок струи, что значительно снижает сопротивление потоку и приводит к возрастанию дальнобойности струи. При этом введение частиц твердой фазы в транспортирующий поток (в виде, например, конденсатной фазы продуктов сгорания твердого ракетного топлива) ускоряет процесс конденсации паров транспортируемого хладагента, обеспечивая его доставку в виде капель в зону горения, что обеспечивает эффективное снижение температуры в очаге пожара. Уменьшение начальной скорости транспортирующего потока инертного газа после срыва факела до значения, соответствующего числу Маха М не меньшему 1,1, позволяет при минимальном массовом расходе газа обеспечить с безопасного расстояния снижение температуры в зоне горения ниже точки воспламенения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа в совокупности с. другими существенными признаками обеспечивают увеличение дальнобойности струи и, следовательно, повышение эффективности тушения пожара газового или нефтяного факела. Сопоставительный анализ заявляемого устройства тушения пожара с прототипом показывает, что оно имеет следующие отличительные признаки: а) камера сгорания выполнена в виде камеры сго 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 рания ракетного двигателя с форсунками для подачи хладагента, которые расположены внутри камеры сгорания со стороны сопла вне зоны сгорания топлива; б) камера сгорания выполнена с разделительной диафрагмой в виде дозвуковой части сопла Л аваля, отделяющей зону сгорания топлива ракетного двигателя от форсунок хладагента. Отличительные признаки а) являются достаточными во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, а остальные характеризуют изобретение лишь в частных случаях. Выполнение камеры сгорания в виде камеры сгорания ракетного двигателя с форсунками для подачи хладагента, которые расположены внутри нее со стороны сопла вне зоны сгорания топлива, позволяет обеспечить скорость истечения парогазовой смеси VM> не меньшую значения, удовлетворяющего соотношению (1), в том чи^ле, соответствующего числу Маха М не менее 3, а также ввод в транспортирующий поток частиц твердой фазы - продуктов сгорания ракетного топлива. При этом осуществляется предварительное, до сверхзвукового ускорения, испарение и смешивание хладагента с потоком инертного газа, а также после срыва факела уменьшение начальной скорости потока до значения, соответствующего числу Маха М не меньшему 1,1. При этом обеспечивается с безопасного расстояния срыв пламени и снижение температуры в зоне горения ниже точки воспламенения. Выполнение камеры сгорания с разделительной диафрагмой в виде дозвуковой части сопла Л аваля, отделяющей зону сгорания топлива ракетного двигателя от форсунок хладагента, позволяет исключить влияние распыла и испарения хладагента на процесс сгорания ракетного топлива, что, в свою очередь, позволяет обеспечить стабильность характеристик (дальнобойности, прежде всего) струи. Таким образом, выполнение устройства с описанной выше конструкцией камеры сгорания позволяет осуществлять эффективный разгон и транспортировку смеси инертного газа и капель хладагента в зону пожара со скоростью, обеспечивающей срыв пламени и охлаждение зоны горения до температуры ниже точки воспламенения фонтана с расстояния, существенно превышающего аналогичные показатели прототипа, что расширяет функциональные возможности устройства. На фиг. 1 изображено устройство тушения пожара; на фиг. 2 - то же уст 27155 ройство с разделительной диафрагмой в виде дозвуковой части сопла Лаваля. Устройство тушения пожара (фиг. 1) содержит камеру сгорания 1, выполненную в виде камеры сгорания ракетного двига- 5 теля, и сопло Лаваля 2. Внутри камеры сгорания выделена зона, в которой происходит горение топлива, а также зона, где осуществляется испарение и смещение хладагента, подаваемого через форсунку 10 3, с потоком выхлопных газов. Устройство, представленное на фиг. 2, содержит, кроме того, разделительную мембрану 4, выполненную в виде дозвуковой части сопла Лаваля, отделяющей 15 зону горения топлива от зоны испарения и смешения хладагента. 1 Предложенный способ реализуется следующим образом. В поток инертного газа, например, 20 выхлопных газов ракетного двигателя, образующихся в зоне горения топлива (см. фиг. 1, 2Г, вводят для совместной струйной транспортировки в зону пожара хладагент - капельную жидкость, не поддер- 25 живающую горения, например, воду, после чего поток разгоняют, например, используя сопло Лаваля, до сверхзвуковой скорости с числом Маха М не менее 3. Такое ускорение потока обусловлено сле- 30 дующими причинами. В кн. (Мамиконянц Г.И. Тушение пожаров мощных газовых и нефтяных фонтанов. - М.: Недра, 1971) отмечается, что наиболее мощные пожары нефтяных ск- 35 важин имеют дебит >1500-2000 т/сутки, а газовых - > 106 м3/сутки (считая, что 1 т нефти эквивалентна 1000 м 3 газа). Такие пожары характеризуются значительным тепловыделением в окружающую 40 среду (тепловой радиацией), которое определяет безопасное расстояние для размещения пожарной техники и личного состава пожарных подразделений. В той же работе приведены графики для определе- 45 ния безопасного расстояния в зависимости от дебита скважин, определенные из условия предельного, с точки зрения возникновения болевого ощущения при действии радиации на незащищенную кожу, теп- 50 лового потока Q = 0,42 кВт/м2, откуда следует, что для мощных пожаров указанных выше дебитов скважин безопасное расстояние составляет 110-130 м. Известно (см. там же), что тушение столь мощ- 55 ных пожаров не удается осуществить только подачей хладагента в зону горения ввиду интенсивного теплоподвода. Эффективным методом тушения является срыв пламени. Сущность явления 10 срыва пламени заключается в том, что с увеличением скорости потока равновео ное положение фронта пламени сдвигается по потоку. Свежая паровоздушная горючая смесь по мере удаления претерпевает все более сильное разбавление за счет взаимной диффузии со сносящим потоком. Скорость горения такой смеси уменьшается пропорционально степени ее разбавления и при некоторой критической скорости потока, превышающей скорость горения, струя на мгновение прерывается, а пламя отбрасывается вверх и отрывается от нее. Для оценки скорости, при которой происходит отрыв пламени, может быть использовано соотношение (см. Михеев В.П. Газовое топливо и его сжигание. - М.: Недра, 1966) Vcp = 100 d1/3 где d - начальный диаметр струи фонтана. Анализ конкретных данных по изменению характера пламени при увеличении скорости горящей струи показывает, что подъем и срыв диффузионных пламен происходит в диапазоне скоростей 8 0 100 м/с. Расчет (в широком диапазоне варьируемых параметров) позволил установить, что указанные значения срывных скоростей с расстояния безопасного удаления (110-130 м) могут быть обеспечены при использовании сверхзвуковых струй, генерируемых типичными маршевыми ракетными двигателями (твердого или жидкого топлива), при этом на срезе сопла двигателя должна обеспечиваться скорость истечения VM, соответствующая числу Маха М не меньшему 3. Известно (см. Черный Г.Г. Газовая динамика. - М.; Наука, 1988), что капли жидкости, находящиеся в сверхзвуковом потоке, оказывают на него значительное тормозящее действие. Поэтому является целесообразным, чтобы хладагент, преодолевал сверхзвуковой участок струи в виде пара, т. е., с минимальным сопротивлением. Этой цели служит предварительное, до сверхзвукового ускорения, испарение хладагента и смешивание его с потоком транспортирующего инертного газа. Введение в транспортирующий поток инертного газа частиц твердой фазы ускоряет процесс конденсации хладагента за сверхзвуковым участком, по мере расширения струи и уменьшение температуры в ней, поскольку частицы выполняют роль центров (зародышей) конденсации. При этом обеспечивается капельная транспортировка хладагента в зону 11. 27155 12 (1). Таким образом, выбор значения скогорения, что, очевидно, повышает эффекрости истечения парогазовой смеси VM не тивность пожаротушения. меньшим значения, удовлетворяющего Рассматриваемая сверхзвуковая струя соотношению (1), позволяет реализовать на основном участке ее распространения является турбулентной. Для определения 5 дальнобойность струи, обеспечивающей с основных характеристик турбулентных стбезопасного расстояния срыв пламени поруй можно воспользоваться следующими жара. Расчет поля температуры в струю соотношениями. Осевая скорость V дозвупо соотношениям работы (Теория турбуковой струи связана с другими ее паралентных струй / Абрамович Г.М. и др. метрами соотношением (см. Михеев В.П. 10 М.: Наука, 1984) в широком диапазоне Газовое топливо и его сжигание. - М.: изменения реально варьируемых параметНедра, 1966 ров позволил также установить, что на расстоянии Хо > 80-100 м температура в 0,96 м струе всегда намного ниже точки воспла(3) V = V 15 менения. По Примеры осуществления изобретения. где X - расстояние вдоль струи; В случае мощного пожара, ьапример, Ro - начальный радиус струи. газового фонтана с дебитом ~ 3 млн. м 3 / Откуда /сутки с диаметром начального сечения 20 фонтана d ? 0,7 м скорость срыва факе_ R o f0,96V, Y (4) X = a I V ла, рассчитываемая по соотношению (2), составит Vcp & 89 м/с. При характерных В рассматриваемом случае сверхзвузначениях параметров ро = 0,12 кг/м 3 (для ковой струи правая часть соотношения (4) паро-воздушной смеси и при температуре должна быть дополнена членом Х^, рав25 - 2950 К и давлении - 1 ат); Со^- 1415 м/с; ным длине ее сверхзвукового участка: Хо - 130 м; m = 45 кг/с соотношению (1) удовлетворяет значение скорости Vo равX = (5) ное ~ 4250 м/с, что соответствует числу у Маха М ~ 3. Таким образом, выбирая скоПри этом длина Хсв сверхзвукового 30 рость истечения смеси по условию VM > 4250 участка струи может быть определена в м/с, удается обеспечить выполнение соотV ношения М £ 3 (например, при VM = 4950 зависимости от числа Маха Mft = ^*- в ее м/с М = 3,5). При этом температура в начальном сечении по эмпирической форструе на расстоянии Хо = 130 м не премуле (см. Теория турбулентных струй / 35 высит 330 К, что значительно ниже темАбрамович Г.Н. и др. - М.: Наука, 1984) пературы самовоспламенения (570-930 К) основных компонентов природного газа и нефтяных фракций. = 10,7 М о (М - 1) + 16,7, (6) Уменьшение начальной скорости VM 40 транспортирующего потока (за счет уменьшения массового расхода rh до ~ 10 кг/с) которая получена на основании статистидо значения =1560 м/с, соответствующего ческой обработки соответствующих эксчислу Маха М = 1,1 еще позволяет после периментальных данных. Подставляя соотсрыва факела транспортировать в зону ношение (6) в (5), и выбирая скорость V, равной скорости Vcp, при которой проис- 45 горения (на расстояние Хо = 130 м) смесь инертного газа и хладагента со скоростходит отрыв пламени (см. (2)), можно найти расстояние Хо, на котором скорость струи ью V = 1-10 м/с, не меньшей скорости уменьшается до значения, соответствуюконвективных течений в очаге пожара. При щего Vcp (минимально необходимую дальэтом условии обеспечивается эффективнобойность): — 50 ное снижение температуры в зоне горения при наиболее экономном расходоваX. =2 {[Ю,7М 0 (М 0 -1) нии пожаротушащих средств. Устройство работает следующим образом. t іГ0,96У о Топливная смесь сжигается в зоне го(7) рения камеры сгорания 1 (фиг. 1,2). Образующиеся в зоне горения топлива проЗдесь, учтено, что Ro = J , . Q u . COOTдукты сгорания формируют поток транспортирующего инертного газа, в который "ношение (7) легко преобразуется к виду через форсунку 3 впрыскивается хлада 27155 13 гент. После испарения хладагента смесь ускоряется в сопле Лаваля 2 до необходимой сверхзвуковой скорости истечения VM и транспортируется в зону пожара. Скорость истечения VM регулируется изменением массового расхода топливной сме 14 си и хладагента одним из известных способов. С целью исключения влияния процесса испарения хладагента на процесс сгорания топлива камера сгорания может быть разделена диафрагмой 4 в виде дозвуковой части сопла Лаваля. Хладагент Т