Способ тушения пожаров и устройство тушения для осуществления способа

Название	Способ тушения пожаров и устройство тушения для осуществления способа
Разработчик (Авторы)	Алексенцева Светлана Евгеньевна, Захаров Игорь Владиславович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2846444
Дата регистрации	05.09.2025
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Область применения (класс МПК)	A62C 3/02 (2006.01)

Описание изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области проведения мероприятий по тушению торфяных пожаров высокой категории сложности, получивших наибольшее распространение в Центральной России (Подмосковье, Тверской области), Уральском и Сибирском федеральных округах, и ряде других заболоченных районах территории РФ, а также при ликвидации крупных лесных пожаров в районах Зауралья, Сибири, областях Дальнего Востока, Якутии с применением авиационной техники, беспилотников и сбросом твёрдого диоксида углерода, т.е. сухого льда, и дальнейшим накрытием площади горения с помощью порохового заряда. Способ обеспечивает надёжность и эффективность применения за счёт быстрой ликвидации доступа окислителя - воздуха, к зоне возгорания и снижения скорости горения за счёт охлаждения зоны воспламенения до температуры уровня затухания реакции горения. Способ применяется в сложных условиях тушения торфяного пожара при трудности доступа к зоне горения торфяной массы и отсутствии твёрдой опорной области для размещения пожарной техники.

Уровень техники

В среднем размер ущерба от лесных пожаров в год составляет около 20 млрд рублей. Для ликвидации пожаров приходится задействовать большие материально-технические и человеческие резервы. Возгорания тушат не только с земли, но и с воздуха. Производится сброс воды с самолетов Ил-76 и Бе-200 Министерства обороны и МЧС России. Сложные схемы пожаров сопровождаются особой задымлённостью и сложным рельефом местности. Например, в гористой местности, только в Республике Бурятия в 2021 г. тушением пожаров в регионе были заняты 105 парашютистов и десантников, 400 человек лесной охраны лесхозов, были привлечены 992 лесных пожарных Рослесхоза.

Для тушения пожаров, потребляющих кислород, разработаны методы тушения с применением газообразного, жидкого и твёрдого диоксида углерода СО2, начиная с углекислотных огнетушителей до специально разработанных устройств по масштабным методам тушения, которые возможно использовать для тушения лесных пожаров и торфяников.

Прототипом является патент на изобретение - способ тушения лесных пожаров с использованием авиационной техники. Изобретение относится к технологии тушения лесных пожаров путём сброса воды с авиационного транспорта на очаги возгорания. Способ тушения лесных пожаров с использованием авиационной техники, включающий загрузку воды на борт авиационной техники и последующей заливкой её в пластиковые пакеты выполняют сброс их в очаги возгорания, отличающийся тем, что сброс пластиковых пакетов с авиационной техники в очаги возгорания выполняют по радиальным направляющим, которые располагают в местах сброса [Способ тушения лесных пожаров с использованием авиационной техники. Патент RU 2526104 С2, МПК А62 С31/00, опубл. 20.08.2014/ Л.П. Петренко (РФ)].

Однако при сбросах воды, хотя пламя может быть первично сбито, но высокая температура потушенного объекта сохраняется. Например, для верховых пожаров температура может достигать 1000°С. При доступе кислорода возможно повторное возгорание. Один из наиболее эффективных способов резко снизить температуру - это применение диоксида углерода, что даст наиболее высокоскоростное охлаждение очагов возгорания с перекрытием доступа воздуха.

Известно устройство для тушения пожаров на торфяниках для оперативной и эффективной ликвидации торфяных пожаров, в том числе в труднодоступных местах с использованием вертолётов. Устройство для тушения пожаров на торфяниках с использованием вертолёта, содержащее баллон с углекислотой, отличающееся тем, что оно содержит мембрану, установленную внутри баллона, сопловой насадок с ножом для прорыва мембраны, установленный в горловине баллона и имеющий возможность перемещаться внутри неё, при этом сопловой насадок выполнен в виде диска, внутри которого имеются выходные сопла, стабилизаторы в виде прямоугольных пластин, соединённых через оси с пружинами с баллоном, систему фиксации стабилизаторов, состоящую из толкателей, соединённых одним концом с сопловым насадком, а другим - шарнирно с двуплечим рычагом, у которого один конец соединён шарнирно с баллоном, а другой конец удерживает стабилизатор от поворота [Устройство для тушения пожаров на торфяниках. Патент RU 106122 U1, МПК А62С 3/02, опубл. 10.07.2011/ И.Д. Бадьин (РФ)].

Данный патент не обеспечивает простоты использования в условиях экстренных мероприятий по тушению пожара, в том числе крупных, т.к. включает сложное устройство с выходными соплами для распыления жидкой углекислоты. Для крупного сплошного пожара распыление жидкой углекислоты недостаточно эффективно, т.к. она быстро испаряется и теряет охлаждающее действие.

Раскрытие сущности изобретения

Предлагаемое изобретение - способ тушения лесных и торфяных пожаров повышенной сложности с применением авиационной техники (самолётной, вертолётной, беспилотников) с применением диоксида углерода, что обеспечивает следующий технический результат: эффект ликвидации процесса горения за счёт сброса с авиаборта пиротехнического изделия с корпусом из экологичного теплостойкого материала, с наполненным кусковым твёрдым диоксидом углерода, т.е. сухого льда, при этом процесс разлета осуществляется в результате падения изделия с пороховым зарядом, который инициируется при ударе о препятствие донным капсюлем-воспламенителем с инерционным наколом ударника, при этом процесс тушения интенсифицируется мощным разлётом и накрытием большой площади возгорания и ликвидацией очагов горения за счёт перекрывания доступа воздуха и кислорода и максимально быстро снижая температуру горящего объекта.

Технический результат достигается за счёт того, что способ тушения лесных и торфяных пожаров повышенной сложности с использованием авиационной техники, обеспечивает ликвидацию процесса горения за счёт сброса с авиаборта самолётного, вертолётного, беспилотника пиротехнического изделия, наполненного кусковым твёрдым диоксидом углерода, сухим льдом, при этом тушение реализуется мощным первичным импульсным кинетическим метанием, веерным разлётом твёрдого кускового диоксида углерода, множеством вторичных последовательных рикошетов с дроблением и образованием всё более мелких осколков, с почти мгновенным переводом твердотельного агрегатного состояния в рабочую агрегатную фазу газа высокой концентрацией, тем самым накрытием-обработкой площади возгорания по радиусу окружности метания, ликвидацией очагов горения за счёт двойного эффекта снижения процента кислорода в реакции окисления и одновременно максимально быстрого снижения температуры горящего объекта, а устройство тушения, используемое для сброса с борта авиационной техники, характеризуется тем, что представляет собой пиротехническое изделие малых, средних и крупных калибров и веса с корпусом из экологичного теплостойкого материала пенопласт или прессованный торф, наполненное кусковым твёрдым диоксидом углерода, сухим льдом, при этом процесс разлета диоксида углерода осуществляется в результате падения изделия с вышибным пороховым зарядом, который при ударе о препятствие в зоне тушения инициируется с помощью донного капсюля-воспламенителя с инерционным наколом ударника.

Краткое описание чертежей

Конструкция пиротехнического изделия показана на чертеже и включает: корпус - 1, сухой лёд - 2, корпус порохового пиропатрона - 3, пороховой заряд - 4, наполнитель термоизоляционный запорный - 5, защитная дисковая вставка - 6, ориентировка и стабилизация изделия на полёте - 7, узел стабилизатора (может быть пластмассовый трёхлепестковый) - 8, защитный колпачок взрывателя - 9, втулка взрывателя - 10, предохранительная чека - 11, капсюль-воспламенитель - 12.

Предлагается изготавливать 3 типа изделий: малый, средний и крупный. Для малых и средних 15-20 кг возможно применение КВ ружейных и винтовочных патронов. Для крупных изделий ставить КВ от патронов 14 калибра и выше.

Устройство взрывателя включает: цилиндрический опорный вкладыш - 13, втулка взрывателя - 14, опорное кольцо взрывателя - 15, защитный колпачок взрывателя - 16, пружина сжатия бойка - 17, груз бойка - 18, боёк - 19, предохранительная чека - 20, капсюль-воспламенитель - 21, предохранительный лепесток - 22.

Предохранительная чека поз. 20, изготавливается из пластинки фторопласта толщиной 1.5-2.0 мм - малый коэффициент трения, легко выдернуть. Взрыватель устанавливается в изделие перед самым сбросом, пластинка предохранителя выдёргивается от руки. Чтобы изделие не сработало на борту от падения, неосторожных ударов, можно выполнить дистанционное взведение. За отверстие на краю пластинки вставляется шнур длиной 3-5 м, другим концом крепится за борт авиатехники. При сбросе шнур натягивается и выдёргивает пластину.

Осуществление изобретения

Предложена конструкция пиротехнического порохового изделия на основе метания, разброса и дробления диоксида углерода, т.е. сухого льда в виде крупных брикетов (температура сухого льда около - 79°С), способная накрывать большие радиальные (круговые) площади как дополнительная возможность и способ тушения в первую очередь периодических пожароопасных лесных дальневосточных массивах объёмного горения. Применяется авиационный способ доставки, сброса; относительно безопасного «бомбометания» изделиями. Конструкция в виде порохового изделия, показанная на чертеже, пробивая горящий лес, срабатывает ударившись о землю, или о толстые ветви деревьев, под пламя. Если капсюль - 1 по каким-то причинам не срабатывает, то чуть полежит и сработает от быстрого общего нагрева капсюля или пороховой навески - 2. Принцип тот же, что в боеприпасах стрелкового оружия и ствольного орудийного. Капсюль воспламеняет пороховой заряд в гильзе, который выталкивает, метает, пулю или снаряд. Здесь тот же аналог упавшему снаряду с головным взрывателем. Применяется там, где нет опасности поражения человека, техники и построек на земле. Подходит и для тушения торфяников. Но приоритет на защиту лесов как на высокую материальную ценность самого леса; как имеющие влияние на местную геоклиматику и естественный годовой водооборот лесных массивов; как местностей обитания человека с его промышленно-гражданскими структурами и родом деятельности, агропромом, транспортные связи. В горящих болотах никто не живёт, там ничего и никого нет, но торфяные пожары вносят своё отрицательное влияние на состояние регионов, областей.

Использован принцип высокоплотного мощного дальнего метания фракции твёрдого диоксида углерода в равномерно во все стороны по радиусам, горизонту, от оси порохового заряда устройства с их постепенным рассеиванием и испарением. Кроме этого разлетающиеся твёрдые тяжёлые комья сухого льда налетают на стволы деревьев, ветви, начинают дробиться, рикошетят, летят дальше, ещё больше крошатся, проникая всё дальше и дальше в зону поражения-накрытия пока не испарится последний кусочек, самый маленький. Один большой комок углекислоты испаряется (естественная газогенерация) долго и точечно, в одном месте. Он же раздроблённый на крошево испаряется, «отбирает, разбавляет» кислород и снижает температуру горящей среды одновременно на больших территориях и в больших объёмах газовой углеродной смеси останавливающей горение. (При нормальных условиях при испарении 1 кг твёрдого диоксида углерода образуется 508.9 л углекислого газа. Расчётная концентрация испарившегося углерода в смеси с воздухом при тушении 36.5%). Таким образом, процесс тушения интенсифицируется мощным первичным импульсным кинетическим метанием, веерным разлётом твёрдого кускового диоксида, множества вторичных последовательных рикошетов с дроблением и образованием всё более мелких осколков, в горящей высокотемпературной среде пожара почти мгновенным переводом твердотельного агрегатного состояния в рабочую агрегатную фазу газа (положительный фактор высокой скорости газообразования - перевода агрегатных состояний из твёрдого в газ или критическую плотность газа на единицу объёма, в единицу времени) с низкой температурой испарения при высокой концентрации газа, тем самым накрытием-обработкой большой площади возгорания по радиусу окружности метания, ликвидацией очагов горения за счёт двойного эффекта перекрывания доступа воздуха (снижения концентрации кислорода в зоне объёмного горения) и одновременно максимально быстрого снижения температуры горящего объекта, тем реализуя сразу два обязательных условия прекращения горения - изоляция, снижение процента кислорода в реакции окисления или снижения температуры горения реакции окисления.

Дополнительный плюс таких конструкций - по всем правилам пожаротушения струя углекислого газа из огнетушителей подаётся под пламя, под костёр, под пожар, перехватывая кислород, поступающий извне и затягивающийся под мощную тягу восходящего пламя и раскалённых газов. Предлагаемая конструкция работает точно так же. В отношении дополнительной эффективности капсюль-воспламенитель предпочтительнее будет устанавливать донным, с инерционным наколом ударника при резком останове падения. (Капсюль-воспламенитель с подпружиненным кинетическим ударником и предохранительной скобой-чекой сверху, убираемой перед сбросом изделия). При этом окислительная реакционная ударная волна имеющая свой угол расширения пойдёт сверху вниз, поддавливая к земле общий метаемый разброс массы, форс. Головной детонатор будет поднимать вверх комья углекислоты вверх мгновенно испаряя и бессмысленно унося газ в атмосферу выше пожара, зоны горения, а это снижение эффективности. Максимальный эффект - когда облако твёрдых осколков веерно разлетается по горизонту, накрывая максимально большую площадь с небольшим уклоном к земле, поддавливая к земле, именно под пламя общего горения. (Аналоговое расположение капсюля как в кумулятивных гранатах - донное, сзади, запуская вперёд себя ударную волну формирующую облицовку в продавливающий медный жгут максимального давления; никто не ставит взрыватель в воронке гранаты спереди на облицовку).

Существует низовой лесной пожар - хорошо тушится с земли, человеком, пожарными, наземными спецслужбами и техникой МЧС. Существует верховой пожар - хорошо тушится с воздуха авиационной спецтехникой, человек с земли верховой пожар в основном не тушит. Есть наиболее сложный пожар объёмного массового горения, - одновременно верховой и низовой, горит везде всё сразу. Иногда такие общие обширные пожары лишь огораживают от дальнейшего распространения, но не тушат - экономически дороже тушить, чем потом посадить новый лес. Предлагаемой конструкцией тоже не потушишь, дорого. Поэтому изделие имеет специализированное назначение, а не всеобщее. Применяется в безлюдных местах, на вынесенных специализированных территориях промышленного, оборонного, торгового складского назначения при опасности возгорания, если рядом оборонные предприятия, воинские части, полигоны, специализированные склады открытого уличного расположения, гражданские поселения, энерго- и нефтегазовые проводы, ж/д пути, станции и узлы, рудники, карьеры, заповедники. Там, где нет людей. Не тушить взрывным методом горящие заводские цеха, предприятия - доламывать уцелевшее недогоревшее.

Изобретение, конструкция, применяется в ситуациях, где упустили время, не заметили, не сразу верно среагировали, где пожары крайне опасно подходят к значимым сохраняемым объектам, наземная операция запаздывает, авиационная не так эффективна, до земли достаёт мало. Это больше схоже с вертолётным точечным сбросом воды в одно место, где авиация стелет полосами.

Экономически обосновано применяется в дальневосточных регионах, опасных по лесным пожарам близко прилегающих к крупным городам тем более индустриальным, где есть своё достаточно дешёвое производство сухого льда. МЧС вместе с губернаторами могут легко организовать быстрое снабжение диоксидом, порохами, изготовлением оболочек и транспортировки к местам пожаров. В настоящее время себестоимость сухого льда составляет около 15 рублей за 1 кг. Промышленные предприятия легко изготавливают сухой лёд десятками тонн ежедневно даже во время низкой востребованности материала. В случаях высокого уровня пожароопасности возможно делать предварительно запас сухого льда в несколько дней.

Несущий корпус изделия изготавливается из материалов наиболее подходящих по показателям термодинамических потерь, его стоимости и производства, подходит прессованный торф. Возможно из пенопласта твёрдого монолитного, которым утеплялись большие промышленные морозильные склады пищевых продуктов на Севере, держали температуру - 24°С. (Не поропласта крупитчатого сыплющегося). Корпус рассматривается в качестве термостата, термоса, должен сохранять холод с минимальной теплопроводностью при минимальной цене. Торф более прочный, но с большей теплопроводностью, а пенопластовый менее прочный, но с низкой теплопроводностью.

Выпускать по мощности трёх типов: малых, средних и крупных калибров. Сейчас есть хорошие мощные коптеры - доставят откуда угодно, что угодно, куда угодно, с любым точным сбросов с любой высоты. Доставка и точный сброс будут обеспечены.

Способ и конструкция пригодны и для тушения торфяников, очагов и цельно горящих болот.

Формула изобретения

1. Способ тушения лесных и торфяных пожаров с использованием авиационной техники, характеризующийся тем, что обеспечивает ликвидацию процесса горения за счёт сброса с авиаборта - самолётного, вертолётного, беспилотника - пиротехнического устройства, наполненного кусковым твёрдым диоксидом углерода - сухим льдом.

2. Пиротехническое устройство тушения лесных и торфяных пожаров, содержащее корпус из экологичного теплостойкого материала, наполненный твёрдым огнетушащим веществом, отличающееся тем, что снабжено вышибным пороховым зарядом, инициируемым при ударе о препятствие в зоне тушения с помощью донного капсюля-воспламенителя с инерционным наколом ударника, корпус выполнен из пенопласта или прессованного торфа, в качестве твёрдого огнетушащего вещества использован кусковой диоксид углерода - сухой лёд.

Изобретение "Способ тушения пожаров и устройство тушения для осуществления способа" (Алексенцева Светлана Евгеньевна, Захаров Игорь Владиславович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога