ПОЖАРНЫЙ ВОДОПЕННЫЙ СТВОЛ, ГЕНЕРИРУЮЩИЙ ПЕНУ СРЕДНЕЙ КРАТНОСТИ
FIRE WATER-PENETRATING SHAFT GENERATING FOAM OF AVERAGE MULTIPLICITY

Изобретение относится к устройствам пожаротушения, а именно к пожарным стволам.
Известны пожарные водопенные стволы, например, РСКУ-50А с пеногенератором низкой кратности производства ООО «Инженерный центр «ЭФЭР», ТУ 4854-004-16820082-08, выполненные по патенту РФ №2371222. Недостатком данного устройства является ограничение по кратности пены, что сужает область применения устройства.
Наиболее близким по технической сути является пожарный водопенный ствол с пеногенератором средней кратности УКТП «Пурга 10.20.30» производства ООО "НПО СОПОТ" г. Санкт-Петербург, см. каталог «Средства спасения - противопожарная защита - 2004», изд-во: РИА «Индустрия безопасности», выполненный по патенту №2180607, включающий в себя ствол с механизмами поворота в горизонтальной и вертикальной плоскости, на входе соединенный с пожарным трубопроводом, а на выходе с устройством подачи пены, распылительным насадком, включающим в себя корпус насадка с тарельчатым сердечником, и пеногенератором.
Недостатками известного устройства являются: отсутствие управляемого регулирования угла распыливания струи, что ограничивает применение устройства использованием только сплошных струй; применение способа формирования пенной струи смешением двух и более потоков разных объемов и плотности, при котором пена низкой кратности транспортирует на себе пену средней кратности, приводит к неоднородности пены, снижающей эффективность пожаротушения и является причиной отделения легкой фракции в полете струи из-за ее высокой парусности при воздействии боковых и встречных потоков воздуха, что приводит к значительным потерям пены в полете; сложность конструкции, ее большие габариты и вес, а также высокие гидравлические потери, существенно снижающие технико-экономические показатели устройства.
В основу изобретения поставлена задача создания устройства со сплошными и распыленными струями по воде и пене, с изменяемым углом распыливания, генерирующего и подающего однопоточную пену с улучшенными баллистическими показателями по дальности, формирующего пену средней кратности повышенной текучести, упрощенной конструкции, с уменьшенными габаритом и весом и сниженными гидравлическими потерями. Эта цель достигается тем, что распылительный насадок, устройство подачи пены и пеногенератор объединены в единое устройство однопоточной конструкции, у которого пеногенератор выполнен с двумя последовательными переходами по течению потока со взаимно перпендикулярными проходными сечениями, сжатыми в пределах от 1:3 до 1:2 к входному диаметру пеногенератора, поверхности корпуса насадка и тарельчатого сердечника в зоне формирования струи выполнены с коноидальными поверхностями на входе и с коническими сходящимися поверхностями на выходе, с медианной линией между ними, расположенной под углом в пределах от 40 до 50 градусов к центральной оси ствола, с сужением кольцевого сечения потока от входа к выходу в соотношении от 1:2,5 до 1:3. Диаметр тарельчатого сердечника и кольцевой щелевой зазор на вылете струи из насадка между тарельчатым сердечником и корпусом насадка, влияющие на технические параметры, принимаются по показателям дисперсности пены со среднеарифметическим диаметром пузырьков пены Д=0,5 мм и менее, при этом щелевой зазор d должен быть в пределах 3-6 мм.
Предложенные технические решения, использующие несколько гидродинамических эффектов одновременно, позволяют формировать распыленные водяные и пенные струи изменяемым углом распыливания от сплошной струи до распыленной с углом факела 90°, генерировать однопоточную пену с улучшенными баллистическими показателями по дальности, формировать пену средней кратности повышенной текучести, применять стволы однопоточной конструкции, что значительно упрощает конструкцию, уменьшает габариты и вес и снижает гидравлические потери в трубной части ствола.
Автору не известны устройства с отличительными признаками в соответствии с заявляемыми техническими решениями.
Изобретение отвечает требованиям новизны и положительного эффекта, а также критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 представлен общий вид пожарного универсального водопенного ствола генерирующий пену средней кратности.
Устройство включает в себя ствол 1, например, шаровой ствол однопоточной конструкции по патенту №2412733 «Пожарный монитор с шаровым шарниром», имеющий небольшие габариты и вес, низкие гидравлические потери. Ствол 1 включает в себя механизмы поворота в горизонтальной и вертикальной плоскости 2 и 3, на входе соединен с пожарным трубопроводом (не показано), а на выходе - с насадком 4. На насадок 4 устанавливается пеногенератор 5, выполненный с двумя последовательными переходами по течению потока со взаимно перпендикулярными проходными сечениями, сжатыми в пределах от 1:3 до 1:2 к входному диаметру пеногенератора. Механизм поворота в вертикальной плоскости 3 выполнен в виде шарового шарнира с поворотным каналом. Насадок 4 включает в себя корпус насадка 7, головку регулирования угла распыливания 8, установленную на корпусе насадка 7, в котором установлены также водоуспокоитель 9, соединенный штоком 10 с тарельчатым сердечником 11 и втулкой расхода 12. Поверхности корпуса насадка 7 и тарельчатого сердечника 11 в зоне формирования струи А-В выполнены с коноидальными поверхностями на входе и с коническими сходящимися поверхностями на выходе, с медианной линией между ними, расположенной под углом в пределах от 40 до 50 градусов к центральной оси ствола, с сужением кольцевого сечения потока от входа к выходу в соотношении от 1:2,5 до 1:3. Диаметр D тарельчатого сердечника 11 и кольцевой щелевой зазор d на вылете струи из насадка между тарельчатым сердечником 11 и корпусом насадка 7, влияющие на технические параметры пены, принимаются по показателям дисперсности пены со среднеарифметическим диаметром пузырьков пены Д=0,5 мм и менее, измеряемым в течении 1 мин после приземления пены, получаемой от 6% раствора пенообразователя общего назначения типа S, при этом щелевой зазор d должен быть в пределах 3-6 мм. Устройство работает следующим образом.
При работе ствола раствор пенообразователя от пожарного трубопровода поступает в ствол 1 к насадку 4 через шаровой поворотный канал механизма поворота в вертикальной плоскости 3. Поворотом головки регулирования угла распыливания 8 относительно корпуса 7 устанавливается и фиксируется угол распыливания струи по диаметру пеногенератора 5 на расстоянии 100-200 мм от ввода для лучшего забора воздуха. Внутри насадка 4 поток раствора стабилизируется в водоуспокоителе 9 и поступает в зону формирования струи А-В между корпусом насадка 7 и тарельчатым сердечником 11. Поверхности корпуса насадка 7 и тарельчатого сердечника 11 в зоне формирования струи А-В, выполненные с коноидальными поверхностями на входе и с коническими сходящимися поверхностями на выходе, позволяют реализовать эффект коноидальных насадков, при котором гидравлические сопротивления минимизированы, а коэффициент расхода достигает 0,98. Благодаря этому струя развивает высокую скорость на вылете. Расход огнетушащего вещества определяется диаметром тарельчатого сердечника 11 и регулируется втулкой расхода 12, которая изменяет кольцевой щелевой зазор, образованный между корпусом насадка 7 и тарельчатым сердечником 11. На вылете струи в атмосферу реализован гидродинамический эффект диспергирования тонкораспыленной воды, ее дробления на мелкие капли, возникающий при контакте скоростного потока тонких струй жидкости с воздухом с дисперсностью частиц со среднеарифметическим значением до 150 мкм. На выходе струи из насадка 4 возникает гидродинамический эффект появления вакуума в зоне CDO за тарельчатым сердечником 11, который, в свою очередь, вызывает эффект кавитации, проявляющийся в виде мельчайших пузырьков, непосредственно участвующих в формировании пены при подаче раствора пенообразователя. С вакуумом связано и возникновение сил обжатия струи воздухом атмосферы и усиления мощности струи по эффекту Котоусова (см. Котоусов Л.С. Исследование скорости водяных струй на выходе из сопел с различной геометрией // Журнал технической физики. 2005. Т. 75, вып. 9). Вакуум CDO, создаваемый внутри распыляющей струи, фокусирует струю к центру. За зоной вакуума струя заполняет весь внутренний объем пеногенератора капельно-пузырьковой массой, которая, смешиваясь с всасываемым воздухом, в турбулентном потоке генерируется в воздушно-механическую пену. На участках переходов 6 в пеногенераторе 5 происходит дальнейшая генерация пены, при этом на переходе от одного проходного сечения к другому - ему перпендикулярному - скоростной сжатый поток пены получает вращение и формируется в закрученную струю. Летящая однопоточная закрученная струя имеет хорошие баллистические показатели по дальности. При контакте с землей под действием ударной нагрузки остаточная влага быстро оседает в нижнем слое, формируя саморастекаемую водную прослойку. Сверху же образуется устойчивый слой пены средней кратности, который вместе с водной прослойкой формируют двухслойную пену, обладающую высокой текучестью и огнетушащими свойствами пены средней кратности. При работе ствола с водой быстросъемный пеногенератор 5 снимается. Поворотом головки регулирования угла распыливания 8 относительно корпуса 7 устанавливается угол распыливания струи. Струя воды или пены направляется в заданную зону поворотом ствола в горизонтальной и вертикальной плоскости поворотом рукоятки управления стволом.
Предложенный пожарный водопенный ствол, генерирующий пену средней кратности, позволяет оперативно включаться как в режим подачи пены, так и в режим подачи воды с регулированием угла распыливания в широком диапазоне и является эффективным и экономичным средством борьбы с пожарами.
В отличие от известных, предложенный пожарный ствол формирует однородную пену средней кратности на значительные расстояния, имеет упрощенную конструкцию, небольшие габариты и вес. По предложенным техническим решениям может быть изготовлен весь типовой ряд стволов с расходом по раствору от 20 до 150 л/с, позволяющий практически полностью решить задачу освоения и реализации новой технологии тушения крупных пожаров классов В (и А), пенами с Кп=30±10, ЛВЖ-ГЖ, в том числе на больших резервуарах типа РВС. Это позволит ликвидировать дефицит в стране пеногенераторов однородной пены кратностью Кп=30±10, дающей максимальную эффективность тушения крупных пожаров указанного вида.