ПРОТИВОПОЖАРНОЕ УСТРОЙСТВО И НАСАДКА ПОЖАРОТУШЕНИЯ
FIRE EXTINGUISHING EQUIPMENT AND FIRE SUPPRESSION NOZZLE

Объектом настоящего изобретения является противопожарное устройство и насадка пожаротушения, предназначенные для использования в стационарных системах и пожарных машинах с применением различных сред пожаротушения, в частности водяного тумана.
Большинство пожаров, за исключением пожаров, связанных с возгоранием паров жидкостей, генерирует распространяющие пламя пиролитические газы и раскаленный горючий твердый материал. Тушение такого пожара осуществляется в два этапа. Газовую фазу (пламя) тушат на первом этапе. Горящие твердые материалы охлаждают, а их тушение завершают на втором этапе. В то время как применение водяного тумана относительно низкой охлаждающей способности крайне эффективно на первом этапе, высокая способность к пожаротушению и таким образом большое количество воды в качестве охлаждающего вещества требуется для охлаждения и тушения раскаленного горючего твердого материала в своей основе более высокой теплоемкости.
Хорошо известны противопожарные устройства и системы с применением водяного тумана, оборудованные, по меньшей мере, одним водяным баком, водяным насосом для питания сопла и компрессора пожарного шланга. Воду и сжатый воздух подают через двухлинейный пожарный шланг к насадке пожаротушения с возможностью регулировки воды и воздушного потока, где генерирование водяного тумана или сжатого водяного потока выбирают по необходимости в зависимости от обстоятельств.
В описании патента PL 188681 описано противопожарное устройство с водяным баком, соединенным с баком сжатого воздуха. Воду под давлением с возможной пенообразующей добавкой подают по одной распределительной линии с двумя каналами подачи к сопловой насадке, выпускное сопло которой адаптировано для пожаротушения водой и водяным туманом и с помощью пенообразующего сопла. В точке разветвления размещен реверсивный клапан для избирательного закрывания первого или второго канала подачи полностью или частично для подачи среды пожаротушения к выбранному соплу, соответствующему потребностям.
Используемое до настоящего времени оборудование с применением водяного тумана обнаруживает существенные проблемы, связанные с трудностями в получении адекватной кинетической энергии потока капель. Это является важной проблемой, поскольку чем ниже масса капель, тем выше качество тумана. Для получения достаточно малого диаметра капель поток должен выходить через очень небольшие отверстия или разрушаться в дисперсионном оборудовании, которое требует очень высоких давлений, генерируемых насосами во всасывающем контуре. Однако незначительная масса капель делает невозможным генерирование водяного тумана недостаточной кинетической энергии в отношении свойств пожаротушения. Решение этой проблемы изложено в описании польского патента Р.368269, относящегося к насадке, генерирующей два потока водяного тумана, благодаря использованию двух коаксиальных сопел сходящегося-расходящегося профиля и кольцевого поперечного сечения, расположенного соосно между соплами, зазора для подачи воды, сходящегося по отношению к оси сопел. Это решение основано на генерировании кинетической энергии капель в процессе газодинамического генерирования тумана посредством воздушного потока, ускоряемого до скорости 2÷3М. В результате получали гораздо более высокую область действия потока водяного тумана, однако генерируемый поток тумана имел крайне низкую плотность в средней части, что проявлялось в виде неблагоприятного локального увеличения температуры пламени в случае тушения твердых тел. Помимо всего прочего, секция потока тумана на расстоянии до 4 м от передней стороны насадки характеризовалась очень высокой концентрацией капель, что особенно неблагоприятно в случае тушения жидкостей, а также в тех случаях применения, где насадка используется как элемент стационарного противопожарного оборудования.
Недостатком существующих до настоящего времени решений является ограниченная возможность применения разных сред пожаротушения с помощью подобных сопел в различных фазах пожара при использовании одного противопожарного устройства.
Целью решения является разработка противопожарного устройства, оборудованного сменными насадками пожаротушения, которые пригодны для тушения пожаров различных классов с применением, в зависимости от необходимости и фазы пожара, дифференцированных сред пожаротушения: воды, водяного тумана, деионизированной воды, водных растворов свободно растворяемого металла или солей аммония, смеси воды и заместителей галона, а также сжатых пен.
Противопожарное устройство, оборудованное двухпоточной насадкой пожаротушения, включающей в себя боковой и центральный коллекторы, водяной насос, соединенный с источником жидкости пожаротушения, в частности с водяным баком, вспомогательным баком, включающим в себя систему дозирования, в частности, пенообразующего вещества, соединенным с контуром водяного насоса, компрессор и двухлинейный пожарный шланг, водяная линия которого соединена с боковым коллектором насадки пожаротушения, а также водяным насосом с нагнетательной напорной стороны, а газовая линия соединена с центральным коллектором и компрессором, в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что водяной насос соединен с водяной линией пожарного шланга через двухпроходный отсечный клапан, второй проход которого соединен посредством соединительного канала с газовой линией пожарного шланга через первый невозвратный клапан и смеситель пены. Смеситель пены и газовая линия соединены с контуром компрессора через отсечные газовые клапаны. Выпускное отверстие насадки пожаротушения оборудовано, по меньшей мере, одним внутренним газовым соплом сходящегося-расходящегося профиля и внутренним зазором для подачи воды, имеющим кольцевое поперечное сечение, образованным с помощью втулки, которая расположена коаксиально вокруг внутреннего газового сопла. Выпускное отверстие зазора для подачи воды может быть оборудовано водяным соплом, расположенным под углом 0-45 градусов, предпочтительно расходящимся по отношению к оси внутреннего газового сопла.
Предпочтительно, если втулка является внутренней частью второго газового сопла сходящегося-расходящегося профиля и кольцевого поперечного сечения, расположенной коаксиально по отношению к внутреннему газовому соплу.
Также предпочтительно, если второе газовое сопло расположено коаксиально внутри второй втулки, которая создает внешний зазор, предназначенный для подачи воды, кольцевого поперечного сечения, а вторая втулка составляет внутреннюю часть третьего газового сопла сходящегося-расходящегося профиля, расположенную коаксиально по отношению к внутреннему газовому соплу. В случае этого решения предпочтительно, если третье газовое сопло, а также выпускные отверстия внешнего зазора для подачи воды расположены у конца диффузора, образованного их внешними стенками, а внешний зазор для подачи воды, образованный с помощью второй втулки, имеет у его выпускного отверстия водяное сопло, расположенное под углом 0-45 градусов, предпочтительно расходящимся по отношению к оси внутреннего газового сопла.
Внутреннее газовое сопло устройства может быть сконструировано в виде круглого сопла или в виде первого газового сопла кольцевого поперечного сечения, конец внутреннего элемента которого выполнен в форме конической поверхности, сходящейся под углом не более 45 градусов по отношению к оси этого сопла. Такое решение также пригодно в тех случаях, где оси поперечного сечения второго и третьего газовых сопел отклоняются расходящимися под углом не более 45 градусов по отношению к оси внутреннего газового сопла.
Предпочтительная реализация устройства отличается насадкой пожаротушения и двухпозиционным переключателем на два направления двухпроходного отсечного клапана и газовыми отсечными клапанами, соединенными с компрессором через второй невозвратный клапан. Первый газовый отсечной клапан закрывает боковую линию к смесителю пены, а второй газовый отсечной клапан закрывает газовую линию между соединительной линией и вторым невозвратным клапаном.
Насадка пожаротушения, имеющая двухпоточный корпус, включающий в себя водяной и газовый коллекторы, внутреннее газовое сопло сходящегося-расходящегося профиля, а также внутренний зазор для подачи воды, имеющий кольцевое поперечное сечение, образованный с помощью втулки, расположенной коаксиально вокруг внутреннего газового сопла, в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что внутренний зазор для подачи воды, образованный с помощью втулки, имеет у его выпускного отверстия водяное сопло, расположенное под углом 0-45 градусов, предпочтительно сходящееся по отношению к оси внутреннего газового сопла. Помимо всего прочего, втулка составляет внутреннюю часть второго газового сопла сходящегося-расходящегося профиля и кольцевого поперечного сечения, расположенную коаксиально по отношению к внутреннему газовому соплу.
Предпочтительно, если второе газовое сопло расположено коаксиально внутри второй втулки, которая создает внешний зазор для подачи воды, имеющий кольцевое поперечное сечение, а вторая втулка составляет внутреннюю часть третьего газового сопла сходящегося-расходящегося профиля, расположенную коаксиально по отношению к внутреннему газовому соплу. Предпочтительно, если ось концевой секции третьего газового сопла отклоняется расходящейся под углом не более 45 градусов по отношению к оси внутреннего газового сопла, и, кроме того, выпускные отверстия третьего газового сопла и внешнего зазора для подачи воды находятся у конца диффузора, образованного их внешними стенками. Это решение включает в себя внешний зазор для подачи воды, образованный с помощью второй втулки, имеющий у его выпускного отверстия водяное сопло, которое расположено под углом 0-45 градусов, предпочтительно расходящееся по отношению к оси внутреннего газового сопла, а ось концевой секции второго газового сопла отклоняется расходящейся под углом не более 45 градусов по отношению к оси внутреннего газового сопла.
Внутреннее газовое сопло насадки пожаротушения может быть сконструировано в форме круглого сопла или в форме первого газового сопла кольцевого поперечного сечения, где внутренний элемент заканчивается у выпускного отверстия сопла расходящейся конической поверхностью под углом не более 45 градусов по отношению к оси внутреннего газового сопла.
Другое противопожарное устройство, имеющее двухпоточный корпус, включающий в себя водяной и газовый коллекторы, внутреннее газовое сопло сходящегося-расходящегося профиля, а также внутренний зазор, предназначенный для подачи воды, кольцевого поперечного сечения, образованный с помощью втулки, расположенной коаксиально вокруг внутреннего газового сопла, в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что внутренний зазор, предназначенный для подачи воды, образованный с помощью втулки, имеет у его выпускного отверстия водяное сопло, расположенное расходящимся под углом не более 45 градусов по отношению к оси внутреннего газового сопла, а внутреннее газовое сопло составляет первое газовое сопло кольцевого поперечного сечения с коаксиально расположенным внутренним элементом. Помимо всего прочего, внутренний элемент заканчивается у выпускного отверстия сопла конической поверхностью, расходящейся под острым углом по отношению к оси внутреннего газового сопла.
Решение, соответствующее настоящему изобретению, делает возможным получение однородного потока высокодиспергированного водяного тумана или воды, а также водяной пены (ниже 200 мкм) у выпускного отверстия насадки пожаротушения при использовании подобной насадки пожаротушения. Преимуществом устройства также является возможность соединения дополнительных баков или соединения к пункту выпуска (воды), а также возможность регулирования распределительного клапана посредством переключателя на два направления, размещенного на насадке пожаротушения.
Насадка пожаротушения, соответствующая настоящему изобретению, делает возможным генерирование потока водяного тумана однородной конической формы, сохраняющего значительную область действия в одно время. Использование зазоров для подачи воды между сходящимися-расходящимися соплами обеспечивает газодинамическое получение тумана высокой степени дисперсии непосредственно у выпускного отверстия насадки. Адекватная угловая дифференциация концевых секций горловин газовых сопел и положения концевых секций сопел делает возможным получение потока среды пожаротушения различного угла рассеивания.
Дополнительные газовые сопла, расположенные концентрично относительно внутреннего газового сопла, делают возможным увеличение степени рассеивания среды пожаротушения и ее области действия. Область действия может быть также увеличена с помощью применения диффузора. Использование круглого сопла в качестве внутреннего газового сопла делает возможным увеличение области действия и скорости потока среды пожаротушения.
Решение, соответствующее настоящему изобретению, иллюстрируется на примере реализации, где на фиг.1 представлена конструкция противопожарного устройства в схематическом упрощении, на фиг.2 приведено аксиальное сечение насадки пожаротушения, содержащей круглое сопло и кольцевой зазор для подачи воды, на фиг.3 представлено аксиальное сечение насадки пожаротушения, включающей в себя три газовых сопла и два зазора для подачи воды, на фиг.4 представлено аксиальное сечение насадки пожаротушения, оборудованной двумя газовыми соплами, имеющими кольцевое поперечное сечение, включающей в себя водяные сопла, расположенные параллельно оси газовых сопел, фиг.5 представляет аксиальное сечение насадки пожаротушения, оборудованной двумя газовыми соплами, имеющими кольцевое поперечное сечение, и внутренним зазором для подачи воды, включающей в себя водяное сопло, расположенное расходящимся по отношению к оси внутреннего газового сопла.
Как представлено на фиг.1, противопожарное устройство оборудовано двухпоточной насадкой пожаротушения, включающей в себя боковой и центральный коллекторы, водяной насос Р, соединенный с водяным баком W1, вспомогательный бак W2, содержащий систему дозирования пенообразующего вещества, соединенную с контуром водяного насоса Р, компрессор S, двухлинейный пожарный шланг типа «шланг в шланге», и катушку К. Один конец водяной линии шланга соединен с боковым коллектором насадки пожаротушения, а другой - с водяным насосом Р на нагнетательной (напорной) стороне насоса. Один конец газовой линии соединен с центральным коллектором насадки пожаротушения, а другой - с контуром компрессора. Водяной насос Р соединен с водяной линией пожарного шланга через первый проход двухпроходного отсечного клапана Z4. Другой проход этого клапана соединен посредством соединительной линии с газовой линией пожарного шланга через первый невозвратный клапан ZZ1 и смеситель М пены. Воздухозаборник, предназначенный для получения сжатой пены, смесителя М пены соединен с компрессором посредством боковой линии. Смеситель М пены и газовая линия соединены с контуром компрессора S через отсечные клапаны Z5, Z6 и второй невозвратный клапан ZZ2. Первый газовый отсечной клапан Z5 расположен на боковой линии смесителя М пены, а второй газовый отсечной клапан Z6 расположен на газовой линии между соединительной линией и вторым невозвратным клапаном ZZ2. Первый невозвратный клапан закрывает соединение соединительной линии с водяным насосом Р. Второй невозвратный клапан ZZ2 закрывает соединение соединительной линии с компрессором S. Соединение с первым соединением N1 для соединения водяного бака W1 с пунктом выпуска воды обеспечено на всасывающей стороне водяного насоса Р. Другое соединение второго соединения N2 обеспечивает наполнение вспомогательного бака W2. Водяной бак W1 оборудован фильтром F.
Стопорные (запорные) клапаны Z1 и Z2 на всасывающей стороне водяного насоса Р делают возможным отсоединение выбранного бака и его замену, а также регулирование расхода (управление потоками) из водяных баков W1, W2 к насосу Р. Невозвратные клапаны ZZ1, ZZ2 предохраняют компрессорные устройства от нежелательного эффекта противотока. Основной стопорный (запорный) клапан Z3 расположен на нагнетательной (напорной) стороне водяного насоса Р.
Выпускное отверстие насадки пожаротушения оборудовано внутренним газовым соплом сходящегося-расходящегося профиля, соединенным с центральным коллектором, а также внутренним зазором для подачи воды, имеющим кольцевое поперечное сечение, соединенным с боковым коллектором. Коллекторы соединены для разделения линий пожарного шланга. Раздельные подающие каналы обеспечены в корпусе 7 насадки пожаротушения для соединения бокового коллектора с соответствующими соплами у выпускного отверстия насадки. Двухпозиционный переключатель на два направления двухпроходного отсечного клапана Z4 соединен с насадкой.
Первое положение двухпроходного отсечного клапана Z4 открывает первый проход клапана. Среду пожаротушения подают из водяного бака W1 к насадке пожаротушения по водяной линии пожарного шланга, а сжатый воздух подают по газовой линии. В сущности, поток газодинамически диспергированного водяного тумана получают в выпускном отверстии насадки пожаротушения. Во время пожаротушения имеет место очень высокая дисперсия частиц воды с водяным туманом, сохраняя в то же самое время сжатую область потока тумана высокой кинетической энергии у выпускного отверстия насадки. Масса водяного тумана, генерируемая насадкой пожаротушения, состоит не только из массы воды, но также из массы воздуха. Вследствие этого кинетическая энергия генерируемого тумана повышается до степени, создающей возможность направления фронта генерируемого потока тумана на расстояние 8-10 м, которое является удовлетворительным (достаточным) расстоянием в условиях тушения пожара.
Второе положение двухпроходного отсечного клапана Z4 направляет среду пожаротушения из водяного насоса Р по соединительной линии к смесителю М пены, откуда она подается к газовой линии пожарного шланга. Для получения сжатой пены отсечной клапан Z1 водяного бака W1 закрывают, а отсечной клапан Z2 вспомогательного водяного бака W2 с пенообразующим веществом остается открытым. Сжатую пену получают в ходе работы смесителя М пены. Второй отсечной клапан Z6 закрыт. Сжатая генерируемая пена течет по газовой линии пожарного шланга, и затем газовые сопла у выпускного отверстия насадки пожаротушения уменьшают ее давление.
Среду пожаротушения подают к насадке пожаротушения по газовой линии и диспергируют газовыми соплами в ходе работы устройства во втором положении двухпроходного отсечного клапана Z4, но с отключенным смесителем М пены и открытым отсечным клапаном Z6.
Устройство может быть оборудовано с различными вариантами исполнения насадки пожаротушения. В случае стационарных модулей пожарный шланг может быть заменен системой, включающей в себя водяную и газовую линии, с которыми соединены насадки пожаротушения.
Насадка пожаротушения, представленная на фиг.2, имеет корпус 7, включающий в себя водяной и газовый коллекторы, внутреннее газовое сопло сходящегося-расходящегося профиля и внутренний зазор для подачи воды, имеющий кольцевое поперечное сечение, образованный с помощью втулки 4, расположенной коаксиально вокруг внутреннего газового сопла. Внутреннее водяное сопло, расположенное параллельно по отношению к оси внутреннего газового сопла, расположено у внутреннего зазора для подачи воды, образованного с помощью втулки 4. Втулка 4 делает внутреннюю часть второго газового сопла 2 сходящегося-расходящегося профиля и кольцевого поперечного сечения расположенным коаксиально по отношению к внутреннему газовому соплу. Ось концевой секции газового сопла 2 у выпускного отверстия расходящейся части сопла расположена параллельно по отношению к оси внутреннего газового сопла. Круглое сопло 1 составляет внутреннее газовое сопло.
На фиг.3 представлена реализация сопла пожаротушения, включающая в себя три газовых сопла. Насадка оборудована круглым соплом 1 и внутренним зазором для подачи воды кольцевого поперечного сечения, образованным втулкой 4, расположенной коаксиально вокруг круглого сопла 1. Втулка 4 составляет внутреннюю часть второго газового сопла 2. Это сопло расположено коаксиально внутри второй втулки 5, которая образует внешний зазор для подачи воды, имеющий кольцевое поперечное сечение, где вторая втулка 5 составляет внутреннюю часть третьего газового сопла 3 сходящегося-расходящегося профиля и расположена коаксиально по отношению к внутреннему газовому соплу. Это решение предвосхищает все сопла со стенками, которые параллельны оси круглого сопла 1 у выпускного отверстия. Помимо всего прочего, третье газовое сопло 3, а также внешний зазор для подачи воды имеют выпускные отверстия, расположенные у конца диффузора, образованного их внешними стенками.
На фиг.4 представлена другая реализация насадки, где внутреннее газовое сопло составляет первое газовое сопло 1' кольцевого поперечного сечения, а внутренний элемент 6 у выходного отверстия сопла заканчивается конической областью, которая расходится под углом, приблизительно составляющим 30 градусов, по отношению к оси первого газового сопла 1'. Помимо всего прочего, внутренний зазор для подачи воды оборудован водяным соплом, расположенным параллельно по отношению к оси первого газового сопла 1', а ось концевого поперечного сечения второго газового сопла 2 расходится под углом, составляющим приблизительно 30 градусов, по отношению к оси внутреннего газового сопла. В этом сопле используют соединение втулки 4 с корпусом 7 через промежуточную часть 8.
На фиг.5 представлена другая версия реализации насадки, включающая в себя два расположенных концентрично газовых сопла - первое 1' и второе 2, - каждое из которых имеет ось концевой секции, расходящуюся под углом, составляющим приблизительно 30 градусов, по отношению к оси внутреннего газового сопла, а водяное сопло у выпускного отверстия зазора для подачи воды расходится на подобный угол.
На фиг.6 представлена другая насадка пожаротушения корпуса 7 двойного потока, включающая в себя водяной и газовый коллекторы сходящегося-расходящегося профиля и внутренний зазор для подачи воды кольцевого поперечного сечения, образованный втулкой 4, расположенной коаксиально вокруг внутреннего газового сопла. Внутреннее водяное сопло, образованное посредством втулки 4, имеет у выпускного отверстия водяное сопло, расположенное расходящимся относительно оси внутреннего газового сопла на угол, не превышающий 45 градусов, у выпускного отверстия зазора для подачи воды, образованного посредством втулки 4. Внутреннее газовое сопло, образованное посредством втулки 4, составляет первое газовое сопло 1' кольцевого поперечного сечения, включающее в себя коаксиально расположенный внутренний элемент 6. Внутренний элемент 6 заканчивается у выпускного отверстия сопла расходящейся поверхностью, проходящей под острым углом по отношению к оси внутреннего газового сопла.
Выпускные отверстия зазоров для подачи воды могут заканчиваться водяным соплом, стенки которого параллельны оси внутреннего газового сопла или сходятся в зависимости от реализации насадок пожаротушения. Эти сопла могут быть расположены под углом в диапазоне 0-45 градусов по отношению к оси внутреннего газового сопла, и этот угловой диапазон ограничивает ось поперечного сечения выпускного отверстия сопла в плоскости, которая проходит через ось внутреннего сопла. Зазоры для подачи воды в части перед водяным соплом могут быть оборудованы вихрекамерой, которая образована посредством кольцевой горловины или углубления во внешней или внутренней стенке зазора для подачи воды.
Эффективность работы противопожарного устройства может быть увеличена благодаря использованию добавок, например, солевых растворов и, в частности, NaCl, для увеличения плотности подаваемой воды. Введение водных растворов или других менее летучих, чем вода, веществ в область пламени, увеличивает эффективность тушения пламени, а обезвоженные твердые частицы, которые остаются в области пожара, обеспечивают дополнительный удушающий фактор. Эти растворы могут быть получены во вспомогательных баках, которые могут быть просто соединены с водяным насосом Р непосредственно на стороне всасывания. Также представляется возможным присоединение вспомогательных баков к нагнетательной стороне с помощью вспомогательных водяных насосов, а также соединение водяного насоса Р непосредственно с пунктом подачи воды.
Противопожарное устройство и сопло пожаротушения, соответствующие настоящему изобретению, могут быть использованы в стационарных системах противопожарных устройств с целью защиты комнат, линий связи и оборудования, где требуются определенные сопловые системы различного радиуса действия, дисперсии и необходимого направления истечения (выхода). Помимо всего прочего, они могут быть использованы для диспергирования химических веществ путем генерирования водяного тумана. В этом случае устройство делает возможной нейтрализацию загрязнений и промывку примесей водой в одном рабочем цикле без необходимости замены насадки пожаротушения.