Пожарный ствол

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам пожаротушения и обеспечивает получение высокоскоростных воздушно-капельных струй с большой дальностью и мелкодисперсным составом капель. Предлагаемое устройство может быть использовано при тушении проливов нефтепродуктов, лесных пожаров и т.д. Конструкция обеспечивает большую скорость огнегасящей струи, повышая этим тушащие свойства струи, а именно, позволяет более глубокое проникновение рабочего тела внутрь горящего слоя.
Известен пожарный ствол, выполненный в виде газодинамического сопла, соединенного с камерой смешения с входами подачи газового рабочего тела, жидкости и пенообразователя (Патент РФ на полезную модель № 164658, Мкл. A62C 3/00, Опубл: 10.09.2016 г.).
Недостатком этого технического решения является конструктивная сложность, обусловленная наличием трех отдельных входов воздуха, воды и пенообразователя, невозможность работы без пенообразователя, а также ограниченные возможности обеспечения мелкодисперсности, производительности и дальности струи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является пожарный ствол, выполненный в виде газодинамического сопла, соединенного с камерой смешения, предназначенной для смешивания жидкости и газового рабочего тела и связанную с входом подачи жидкости и имеющую вход подачи газового рабочего тела, в котором смешиватель жидкости и газа пожарного ствола выполнен в виде камеры формирования двухфазного газокапельного потока с входами для подачи жидкости и газа и камеры формирования двухфазного потока пузырьковой структуры, связанной с входом подачи жидкости и входом подачи газа. (патент РФ № 2236876 Мкл. A62C 3/00, опубл: 27.09. 2004 г.).
Недостатками этого устройства являются конструктивная сложность и большой расход рабочего тела для обеспечения дальности струи, что необходимо для тушения пожаров с высокой интенсивностью излучения, пожаров в высотных зданиях и т.д.
Технической задачей, на решение которой направлено данное предложение, является создание пожарного ствола, обеспечивающего формирование дальней и мелкодисперсной огнегасящей струи.
в
в
в
Для решения этой технической задачи предлагается пожарный ствол, выполненный в виде газодинамического сопла, соединенного с камерой смешения с входами подачи газового рабочего тела и жидкости, в которой установлена камера формирования двухфазного потока пузырьковой структуры, соединенная с входами подачи жидкости и газа, выполненная в виде блока смесителей, содержащего первую и вторую перегородки, между которыми установлены трубчатые смесители, первая перегородка размещена в камере с разделением входов подачи жидкости и воздуха, вход подачи воздуха выполнен между перегородками, входное отверстие каждого смесителя выполнено конфузором и сообщено с камерой подвода жидкости, в трубчатых смесителях со стороны первой параллельной перегородки выполнены боковые отверстия, на противоположных сторонах смесителей выполнены диффузоры, выходные концы которых размещены с зазором в отверстиях второй перегородки, при заданном расходе воды Рл/с число смесителей определяется как Рл/с:(1,9-:-2,1), а расход воздуха Рл/с х (40-:-28).
Экспериментально установлено, что процесс пожаротушения воздушно-капельной струей большой дальности происходит наиболее эффективно при размере капель в пределах 100-300мкм, для получения которой весовое соотношение воды и воздуха должно составлять 1 : 40 - 28, при расходе воды через один смеситель 1,9 - 2,1 кг/с. Использование ряда параллельно работающих смесителей вместо одного смесителя создает более дальнодействующую огнегасящую струю. Для получения расхода воды в камере смешения 60-66 литров/с необходимо использовать блок из 30-33 смесителей.
Расход смесителя подобран экспериментально из соображений равномерного перемешивания жидкости и газа. на это влияет скорость жидкости, давление и количество подаваемого воздуха в камеру смешения. Скорость жидкости зависит от сечения и давления, создаваемого насосом. Расход в 2 литра/сунду подобран для давления воды примерно 8-10 кг/атм и давление воздуха 1,2-1,4 кг/ с
Других технических решений аналогичного назначения с подобной совокупностью существенных признаков при проведении поиска по научно-технической литературе и патентной документации заявителем не обнаружено. Предлагаемый пожарный ствол может быть изготовлен по известной технологии из известных материалов. Поэтому заявитель считает, что предложение по данной заявке соответствует критериям охраноспособности полезной модели «новизна» и «промышленная применимость».
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, на которых показан неисключающий пример использования пожарного ствола.
На фиг. 1 - пример выполнения установки пожаротушения, на фиг. 2 - выполнение пожарного ствола, на фиг. 3 - выполнение блока смесителей, на фиг.4 показано выполнение трубчатого смесителя, на графике фиг 5 на вертикальной оси размер капель на выходе из смесителя в микрометрах, на горизонтальной - расход газа (воздуха) через смеситель в граммах/сунду, на графике фиг. 6 на вертикальной - размер капель на выходе из смесителя в микрометрах, на горизонтальной- проходной диаметр смесителя в миллиметрах (получены экспериментально)
На фигурах обозначено: монтажная рама 1, блок 2 управления, электрогенератор 3 газотурбинного двигателя ГТД (газотурбинный двигатель) 4, турбина 5 ГТД 4, камера 6 сгорания ГТД 4,компрессор 7 ГТД 4, топливная система 8 ГТД 4, насос 9 впрыска воды, привод 10 насоса 9 впрыска воды, фильтр 11 тонкой очистки водяной, водозабор 12, кран 13 открытия впрыска воды, форсунки 14 распыления воды в компрессор 7 ГТД 4, форсунки 15 впрыска перегретого пара в камеру 6 сгорания ГТД 4, форсунка 16 впрыска воды в струю выхлопных газов ГТД 4, теплообменник 17, пожарный ствол 18, камера 19 смешения, разгонное сопло 20, газокапельная струя 21, механизм 22 перемещения пожарного ствола 18, ввод 23 сжатого воздуха в камеру 19 смешения, ввод 24 воды или пеносмеси в камеру 19 смешения, управляемая воздушная заслонка 25, водяной насос 26 высокого давления, привод 27 водяного насоса 26, муфта 28 сцепления, кран 29 перекрытия воды или пеносмеси, водозабор 30 водяного насоса 26 высокого давления, бак 31 пенообразователя, кран 32 на магистрали пенообразователя, пеносмеситель 33, пульт 34 дистанционного управления, блок 35 смесителей, задняя перегородка 36, передняя перегородка 37, смеситель 38, камера 39 дробления, камера 40 подвода воды, камера 41 подвода воздуха, зазоры 42 между перегородкой 37 и смесителями 38, конфузор 43 и диффузор 44 смесителя 38, цилиндрический участок 45 смесителя 38, отверстия 46 в перегородке 37 для подсоса воздуха смесителя 38.
Как видно из графика Фиг. 5, наименьшая дисперсность достигается при расходе воздуха через один смеситель в количестве 50-70 г/с, но так выбранный газотурбинный двигатель обеспечивает 1,35 -1,5 кг/с, а всего необходимо использовать для заданного расхода воды 33 смесителя, то выбираем размеры смесителя обеспечивающего расход от 41-45 г/с.
Проходной диаметр смесителя в пределах 10-12 мм выбран (фиг. 6) из соображений минимального размера капель в 150 мкм при давлении воды 10 - 12 бар и расходе 60- 70 л/с, которые обеспечивает выбранный водяной насос высокого давления.
Установка пожаротушения работает следующим образом:
Диаметр (калибр) смесителя выбран из расчета заданного расхода воды. Расход воды выбирают из соотношения одна весовая часть воздуха ( газа) на 40-50 весовых частей воды (жидкости). Объём воздуха выбран с учетом получения необходимой дисперсности капель. Размер капель в пределах 100-300мкм.
Для заданной дисперсности капель необходим расход воздуха от 50 до 70 г/с при расходе воды через один смеситель 2000 г/с. (2 кг/с). Для получения расхода воды в камере смешения 60-66 литров/с использован блок из 33 смесителей.
Предварительно установку подготавливают к работе, заполняя бак 31 пенообразователем. Доставляют в зону тушения пожара, если установка не стационарная и располагается на необходимом расстоянии от очага пожара.
Затем запускают газотурбинный двигатель 4. Газотурбинный двигатель 4 приводит в действие электрогенератор 3. Запускают привод 27 водяного насоса 26 высокого давления, который через муфту 28 сцепления приводит в действие водяной насос 26.
Насос высокого давления 26 по трубопроводам подает огнегасящую жидкость из внешнего источника, а сжатый воздух поступает от компрессора 7 газотурбинного двигателя 4. В камере 19 смешения образуется газокапельный состав, который разгоняется до рабочей скорости в газодинамическом разгонном сопле 20.
С целью максимального покрытия зоны возгорания пожарный ствол 18 поворачивают в вертикальной и горизонтальной плоскостях механизмом перемещения 22.
Параметры газодинамической струи можно изменять, регулируя количество подаваемой жидкости и ее давление, а также регулируя расход газа и его давление блоком 2, управляющего воздушной заслонкой 25 и краном 29 перекрытия воды или пеносмеси.
В случае тушения легковоспламеняющихся материалов применяют пенообразователь, которым заполнен бак 31. Для этого открывают кран 32 и пенообразователь через пеносмеситель 33 поступает вместе с водой в пожарный ствол 18. При выходе из ствола создается пена, которая летит на дальность свыше 100 метров и накрывает очаг возгорания, прекращая к нему доступ воздуха.
При температуре окружающего воздуха свыше 20 градусов Цельсия для компенсации потери мощности газотурбинного двигателя 4 включают привод 10 насоса 9 впрыска воды, который через водозаборное устройство 12 начинает подавать воду через фильтр 11 тонкой очистки и форсунки 14 в компрессор 7 газотурбинного двигателя 4, через форсунки 15 вода, прошедшая через теплообменник 17, в виде пара впрыскивается в камеру 6 сгорания газотурбинного двигателя 4 и через форсунки 16 впрыскивается в выхлопную струю газотурбинного двигателя 4 для снижения ее температуры.
Камера подвода воздуха 41 отделена от камеры подвода воды 40 перегородкой 36 блока смесителей 35, а от камеры дробления 39 перегородкой 37 блока смесителей 35. Смесители 38 закреплены на перегородке 36 блока смесителе 35 и входят с зазором 42 передней частью в отверстия перегородки 37 блока смесителей 35. Смесители 38 - трубчатые детали с подобранным экспериментально профилем проходного сечения. С задней стороны расположен конфузор 43 (вход жидкости), после него цилиндрический участок 45 (постоянного сечения) с радиально расположенными отверстиями 46 для подсоса воздуха, и диффузором 44.
На вход 24 камеры подвода жидкости 40 камеры смешения 19 поступает вода под давлением от насоса 26, либо смесь воды и пенообразователя из пеносмесителя 33, которая поступает в конфузоры 43 смесителей 35 и проходит через цилиндрический участок 45 смесителей 38 и далее через диффузоры 44 смесителей 38. При этом в смесителе 38 создаётся разряжение, которое способствует подсосу воздуха через отверстия 46 смесителей 35 из камеры подвода воздуха 41 камеры смешения 19, который поступает через вход 23 от компрессора 7 газотурбинного двигателя 4. Часть воздуха через зазоры 42 между смесителями 35 и стенками отверстий перегородки 37 блока смесителей 35 попадает в камеру дробления 39 камеры смешения 19 пожарного ствола 18.
При этом газовое рабочее тело распределяется на два потока: первый формирует двухфазный поток пузырьковой структуры, а второй разгоняет в газодинамическом разгонном сопле 20 газокапельную струю 21 дисперсной структуры. Двухфазный поток пузырьковой структуры получают путем подмешивания первого потока газа к жидкости в цилиндрическом участке 45 или после ее предварительного разгона для снижения давления, в камере дробления 39 камеры смешения 19.
Пузырьковый поток из каждого из диффузоров 44 смесителей 38 направляется в камеру дробления 39, где происходит его интенсивное разрушение с изменением его структуры, возможно с образованием ударных волн, в зависимости от значений параметров, т.е. переходом из пузырьковой структуры в дисперсную с образованием мелких капель.
Одновременно в камеру 39 дробления камеры 19 смешения жидкости и газа поступает второй поток газа, который смешиваясь с дисперсионным потоком, образует газокапельную смесь. Полученная таким образом газокапельная смесь направляется в газодинамическое разгонное сопло 20, в котором разгоняется до заданной скорости и создает на выходе из сопла высокоскоростную газокапельную струю 21 с мелкодисперсными каплями.
Заявителем изготовлены и успешно испытаны опытные образцы предлагаемого пожарного ствола. Испытания показали, что устройство обеспечивает снижение расхода подаваемой огнегасящей жидкости и пены; высокую дисперсность капель огнегасящей жидкости; непрерывную работу в условиях экстремально высоких температур окружающего воздуха до плюс 60 градусов Цельсия.