Новая электрическая технология бесконтактного тушения пожаров

Нерешенность эффективной борьбы с крупными пожарами достаточно очевидна. Весь мир стал свидетелем грандиозного пожара на Останкинской телебашне в Москве, крушения от пожаров двух гигантских небоскребов в Нью-Йорке.

Причины нерешённости этой проблемы

Специалистами и чиновниками называются различные организационные и технические причины трудности борьбы со стихией огня (нехватка техники и воды, изношенность оборудования, трудности тушения торфяников). Но все же главные причины состоят именно в несовершенстве самих существующих технологий пожаротушения. В практике пожаротушения за последние 300 лет в мире не произошло никаких радикальных новшеств. Существующие технологии борьбы с огнем сводятся по сути к сбиванию пламени различными веществами. Для этого используют различные расходные материалы (воду, песок, пену). Некоторые веществ, которые вводят в зону горения, сбивая ими пламя, одновременно предотвращают поступление кислорода в зону горения. Такие технологии пожаротушения, как показывает жизнь, на практике зачастую неэффективны.

Тем не менее, в последние годы появляются совершенно новые оригинальные идеи и технологии электрического управление горением и пламенем /1/.

На основе этой электроогневой технологии в России автором изобретен, апробирован и запатентован радикально новый эффективный метод электрического тушения пожаров и предотвращения возгорания огня /2/, бесконтактный способ тушения пламени и устройства для реализации.

Данный новый метод тушения пламени состоит в воздействии на пламя сильным импульсным электрическим полем с напряженностью 5кВ.см и выше. И может эффективно применяться в качестве принципиально нового эффективного средства для бесконтактного тушения пламени. Цель данного изобретения состояла в повышении эффективности и быстродействия тушения пламени, а также в предотвращении возгорания особо важных и дорогостоящих объектов.

 Физическая сущность новой технологии пожаротушения

Поясним более подробно суть и физику данного оригинального метода.

Традиционно пламя (пожар) тушат с использованием внешних пенообразующих веществ. В результате применения в известных способах значительного количества расходных материалов для образования пены, затраты на тушение пожаров велики, эффективность тушения зачастую низка, а материальным ценностям и материалам при таком способе тушения наносится существенный урон. Кроме того, эти способы не позволяют надежно предотвратить возникновение очага возгорания.

Для реализации предлагаемого способа в зоне пламени создают внешнее постоянное электрическое поле. Напряженность этого поля выбирают исходя из типа пламени и его интенсивности в пределах 2-25 кВ/см.

Способ электрического подавления пламени основан на физическом эффекте отклонения пламени к одному из разноименных высоковольтных потенциалов внешнего электрического поля (см. например, кн. М. Фарадея “История свечи” (пер. с англ.), М.1983 г.

Физическая сущность предложенного способа состоит в том, что любое пламя ионизировано, а значит с помощью электричества можно управлять горением, в частности тушить пламя. Опыты показывают, что электрическое поле даже малой мощности может тушить пламя, причем на расстоянии. И безопасно для человека. Горение - это сложнейший процесс. В его основе лежит физика протекания цепных реакций деления заряженных радикалов воспламененных веществ. Значит, электрическое поле при тушении пламени создает именно условия для прекращения протекания этих цепных реакций деления частиц горящего топлива.

Срыв пламени это по сути срыв протекания цепных реакций дробления углеводородных цепочек веществ в очаге возгорания. И достигается в нашем методе он именно знакопостоянным электрическим полем определенной высокой напряженности (выше 2 кВ/см). В этом случае внешнее электрическое поле с указанной пороговой напряженностью “вытягивает” из зоны протекания цепных реакций (зоны горения) электроны и разноименно электрически заряженные радикалы горящих веществ, содержащиеся в пламени, путем их отклонения и осаждения на специальные высоковольтные жаростойкие электроды, размещенные в зоне горения за пределами пламени и электрически присоединенные к выходам высоковольтного электрического преобразователя напряжения.

В результате, в зоне горения нарушаются условия поддержания цепных реакций дробления радикалов горящих веществ в ядре пламени, поэтому цепные реакции горения веществ затухают или вообще прекращаются. Визуально, возникает эффект лавинного срыва пламени, причем при подаче в зону горения электрического потенциала достаточно высокой напряженности электрического поля, пламя тухнет, как правило скачкообразно.

 Техническая реализация метода

По существу, практическая реализация предлагаемого бесконтактного способа тушения пламени и устройства достаточно просты. Они сводится к размещению рядом с очагом возгорания относительно маломощного (не более 1 квт)источника высокого напряжения и одного или нескольких специальных электродов, передающих это поле внутрь очага возгорания. При правильном выборе предельных напряженностей внешнего электрического поля, в зоне горения пламени, достаточных для нарушения предельных допустимых условий горения конкретных веществ - пламя тухнет. Как правило, для тушения очага возгорания многих распространенных веществ, достаточно напряженности поля от 1 до 5 кВ/см.

Развитием данного изобретения в части устройства являются различные конструкции электродов и их схем подключения к высоковольтному источнику напряжения. Например, в одном из вариантов установки бесконтактного пожаротушения один из тугоплавких электродов, присоединенный к «+» высоковольтного источника размещают непосредственно в зону горения (фиг.2), а второй электрически заряженный, например, кольцевой электрод размещают подвижно над пламенем. Таким образом, чтобы он находился на расстоянии 3-5 см над пламенем, причем по мере гашения, т.е. снижения высоты пламени, приближают его к вершине факела пламени. Со знаком ”-” непосредственно на горящее вещество, а другого электрода подвижно над пламенем. Поясним конструкцию установки бесконтактного пожаротушения простыми чертежами (фиг.1,2)

Изобретение пояснено на рис.1 и рис.2. Простейшее устройство для реализации изобретения, показанное на рис. 1, содержит источник внешнего электрического поля, например, регулируемый высоковольтный выпрямитель (2), подвижные жаропрочные электроды (3), размещенные вне факела пламени (1) горящего вещества (объекта), на рисунке для упрощения графики просто не показан.

Устройство работает следующим образом. Для тушения пламени (1), подключаем электропитание на вход высоковольтного преобразователя-выпрямителя (2) и создаем постоянное по знаку внешнее электрическое поле в зоне горения пламени (1) между электродами 3, размещенными вне факела пламени (1) с напряженностью поля и на минимальном расстоянии по условиям недопущения электрического пробоя высоковольтного источника (2) через пламя (1) и электроды (3). В результате разноименные электрически заряженные радикалы и свободные электроны горящего и химически дробящегося в процессе горения вещества 5, содержащиеся в пламени 4, вырываются из пламени 4 и притягиваются своими противоположными электрическими зарядами к электродам 3. Если напряженность электрического поля в зоне горения превышает 1 кВсм, то условия протекания цепных реакций горения и физико-химического дробления вещества в пламени(1) становятся невозможными и пламя (1) скачкообразно гаснет. Экспериментально подтверждено, что чем выше напряженность внешнего электрического поля, например, порядка 10 кВ/см, тем эффективнее и быстрее гаснет пламя. В этом случае напряженность поля регулируют изменением либо выходного напряжения блока (2), либо расстоянием между электродами (3).

Некоторые результаты экспериментов

Опыты показывают, что чем выше напряженность внешнего электрического поля, тем выше быстродействие срыва пламени и тем выше быстродействие тушения пламени. Чем больше площадь поверхности электродов, тем с большей площади возможно скачкообразное тушение пламени. 

Опыты показывают также, что наиболее эффективна реализация предлагаемого способа, когда площадь гасящего электрода равна площади проекции пламени в этой же плоскости. Причем электрическая мощность источника напряжения тушения практически не зависит от мощности пламени, а определяется только внутренними потерями в самом источнике напряжения, т.е. ничтожно мала по сравнению с мощностью пламени в очаге пожара. Например при тушении пламени высотой в 1 м потребовалось 3 секунды времени и электрическая мощность всего 3-4 ватта при напряженности электрического поля 3-5 кВ/см. Эффективный метод тушения пламени, не правда ли?

Лесные вертолеты- пожарные

Развитием изобретения в условиях ограничений на площади гасящих электродов является тушение пожаров на большой площади путем плавного перемещения разноименных по знаку электрического заряда плоских электродов, электрически присоединенных к источнику внешнего электрического поля, в зоне пожара непосредственно над пламенем с напряженностью электрического поля и со скоростью, достаточной для срыва и подавления этого пламени.

В связи с этим вполне возможен и актуален предлагаемый вариант мобильного устройства для бесконтактного тушения пламени, например, лесного или торфяного пожара. В этом случае специальное подвижное мобильное средство, например, вертолет, тягач или автомашину высокой проходимости типа «Урала» снабжают, источником регулируемого высокого напряжения, специальными подвижными гасящими электродами с подведенными к ним высоковольтными проводами повышенной прочности, а также выдвижными телескопическими мачтами, на которые и крепятся на электроизоляторах указанные выше электроды. Упомянутые электрически соединенные с бортовым источником высокого напряжения гасящие электроды, например ажурные тонкие жаропрочные металлические сетки на специальных растягивающихся каркасах размещает на телескопических мачтах, растяжках в зоне горения различными способами и тушат пожар. Их размещают например, горизонтально над пламенем в зоне горения леса специальную тонкую растянутую на каркасе металлическую сетку, соединенную через проходной электроизолятор с “+” выходом высоковольтного источника напряжения, размещенном на борту вертолета, а второй электрод, например, гибкий тонкий трос с противоположным ”-“ электрическим потенциалом опускают непосредственно в пламя. После завершения импульсного электрополевого срыва пламени и тушения конкретного очага пламени в считанные секунды в данном месте вертолет перемещается к следующему очагу пламени.

Электрополевое ограждение объектов от пожара

Интересно то, что движущийся с определенной скоростью фронт пламени по ходу его распространения, постепенно и полностью исчезает при подходе к такому электрическому заграждению. Главное в таком оригинальном способе остановки фронта огня без воды и пены состоит только в том, чтобы площадь охвата таким противопожарным электрическим щитом зоны огня была полной, т.е. чтобы она была не меньше площади и длины фронта огня. При своевременной локализации очага возгорания сделать это относительно несложно. Очень важен этот метод ограждения от фронта пламени в пригородах, примыкающих к лесным массивам для защиты жилых строений и предприятий. Для этого данная мобильная установка электрического тушения должна вовремя прибыть в зону возгорания огня и оперативно разместить развернуть подвижную систему электродов по периметру зоны возгорания и затем по команде начальника этой установки отвести людей на безопасное расстояние от очага возгорания и подать высокое напряжение на эту систему электродов. Частным случаем быстрого развертывания гасящих электродов в зоне возгорания является их катапультирование специальным пневматическим устройством в зону возгорания или выдвижение их в зону горения на специальных телескопических штангах. Примечательно и полезно в нашем новшестве пожаротушения также и то, что в таком по сути бесконтактном малозатратном способе тушения очага возгорания одновременно с прекращением горения пламени, пропадает и дым в зоне горения, который является по сути продуктом неполного горения углеводородных веществ. Поэтому очаг возгорания подавляется таким способом полностью и быстро.

Предотвращение возгорания и профилактика пожаров

Суть такой технической возможности состоит в том, что электрическое поле подавляет очаги цепных реакций деления в зоне возгорания. Поясним возможность применение данного изобретения в качестве эффективного противопожарного средства.

Противопожарная защита городских и промышленных объектов

Действительно, в случае, если такую систему электродов и источника поля и датчиков возгорания заранее разместить вблизи охраняемого объекта, то вся технология подавления очага возгорания в начальной стадии сведется лишь к подаче напряжения на электроды по команде датчиков.

Причем в качестве источника электрического поля можно использовать специальные тонкие пластмассовые покрытия – полимерные электреты, обладающие «вмороженным», долго сохраняющимся в них электрическим зарядом. Производство и применение электретов уже широко освоено и они широко применяются в средствах телефонной связи (телефоны, микрофоны) и стоят недорого. Тогда в этом случае применения полимерных источников электрического поля и выполнения из них гасящих пламя электродов полностью снимается вопрос электробезопасности применения такого оригинального и эффективного способа пожаротушения на практике.

Можно также в наиболее уязвимых пожароопасных объектах заранее создать внешнее электрическое поле указанной напряженности вокруг такого важного объекта, например, внутри дома, квартиры, вокруг банковского сейфа, силового масляного трансформатора, на буровой установке в устье буровой скважины и т.д. В зоне действия данного электрического поля условия возгорания веществ будут затруднены, т.к. это электрическое поле будет препятствовать началу возникновения цепных реакций горения путем вытягивания из потенциального очага возгорания, электронов и электрически заряженных радикалов. В результате, возгорание пламени в потенциальном очаге возгорания вещества, например, на срезе трубы буровой установки, становится невозможным. Поэтому данное изобретение целесообразно применять и как профилактическое противопожарное средство. Например, в строительстве, в нефтяной отрасли, особенно во вновь строящихся зданиях и конструкциях. Наиболее целесообразно применять такие устройства для особо пожароопасных или ценных объектов, например, для банкиров для охраны сейфов с деньгами ценными бумагами. А также в зонах повышенной пожарной опасности на больших территориях. Например, для предотвращения возгорания и пожаров торфяников в Подмосковье… Для этого там на месте необходимо заранее создать кольцо(а) электроогневой безопасности вокруг столицы… По аналогии с подмосковным кольцом противоракетной безопасности. А именно, для реализации этого метода на практике на широкой территории полей и лесных массивов нужно создать систему электрически соединенных между собою электродов, погруженных в торфяники в зонах наиболее вероятного возгорания и присоединить их через автоматические выключатели к резервным источникам высокого напряжения, например, через специальные комплектные устройства к высоковольтным линиям электропередач. Датчиками начала возникновения пожара могут быть и датчики дымности и датчики электропроводности, и иные способы оповещения о наличии дыма и в очага возгорания. Тогда тушение если создать систему колец из этих заранее установленных электродов вокруг наиболее уязвимых мест летнего возгорания торфяников, то тогда будет легко подавить очаг возгорания в самом начале этого процесса. Для этого достаточно будет по команде датчиков включить напряжение на систему автономных кольцевых электродов в конкретном локальном кольце возгорания. Расчеты и опыты показывают, что сами коррозионно стойкие и жаропрочные электроды достаточно размещать на расстоянии 50-100 м относительно друг друга.

Резюме

Таким образом, данная электрополевая технология тушения пламени является новым эффективным противопожарным средством, может быть также с успехом применена и в качестве бесконтактного мгновенного подавления очага возгорания, а также дл предотвращения возгорания важных объектов ю В последнем случае установка подачи электрического поля монтируется заранее в качестве противопожарного средства в определенной потенциальной зоне возгорания, например, в зоне торфяников Подмосковья, и на конкретных важных объектах, например, в высотных здания, телебашнях с дорогостоящим оборудованием,, на буровых установках и прочих важных объектах, включая строительные конструкции любой этажности, в т.ч. и на промышленных предприятиях.

Автор технологии заинтересован в сотрудничестве с фирмами, готовыми довести технологию до промышленного внедрения.

Выводы

1. Экспериментально показано, что сильное электрическое поле малой мощности с напряженностью более 3 кВ/см является эффективным средством для подавления очагов цепных реакций горения в пламени.

2. Предложенная новая технология пожаротушения электрическим полем высокой напряженности более прогрессивна по сравнению с аналогами , поскольку вообще не требует расходных материалов и проста в реализации.

3. Данная технология обладает высоким быстродействием(секунды), и может быть применена в действие и дистанционно, на расстоянии автоматически или диспетчером.

4. Она не наносит урон объектам ,находящимся в зоне тушения, в отличии от традиционных устройств тушения пламени основанных на использовании углекислотной пены.

5. Данная бесконтактная технология является также и эффективным противопожарным средством, и средством ограждения от фронта огня.

Использованная литература

1. Дудышев В.Д. Новая электроогневая технология экологически чистого горения //Журн.Новая Энергетика,№1/2003 г.

2. Дудышев В.Д. Способ тушения пламени А.с. СССР № 1621234

Автор: Дудышев Валерий Дмитриевич

Разместил статью: dudyshev
Дата публикации:  15-03-2011, 10:35

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Дудышев Валерий Дмитриевич  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!