СМЕСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УСТАНОВКИ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
MIXING SYSTEM FOR FIRE EXTINGUISHING UNIT

Приоритетная заявка DE 20 2019 004 525.2 во всей полноте включается в настоящую заявку путем ссылки.
Настоящее изобретение относится к системе добавления для огнетушительной установки. Огнетушительная установка в контексте настоящего изобретения представляет собой установку, включающую насос, систему трубопроводов и систему добавления пенообразователя, при помощи которой, в частности, посредством сопел, пенных стволов или пеногенераторов, может быть подано средство тушения. Огнетушительная установка может представлять собой стационарную установку, например, такую как огнетушительная установка в нефтехранилище с зафиксированным, так называемым, монитором, т.е., большим струйным соплом, или зафиксированную спринклерную систему в здании. Однако, речь также может идти о мобильной установке на транспортном средстве или накатном контейнере.
В подобных огнетушительных установках в качестве средства тушения обычно используют воду. Однако, во многих случаях выгодно вспенивать средство тушения перед использованием для борьбы с огнем, чтобы нанесенное средство тушения образовывало дольше неразрушающийся покров, благодаря которому пламя может быть потушено. Для этого обычно сначала в средство тушения вводят добавку, в данном случае, пенообразователь в определенном соотношении. Затем смесь средства тушения и добавки к средству тушения (так называемый «Premix» (премикс)) вспенивают в сопле путем подачи воздуха и выпускают на подлежащее тушению пламя. Объемное соотношение добавки к средству тушения и средства тушения, так называемая норма добавления, обычно составляет от 0,5% до 6%.
Другой добавкой к средству тушения, которая может быть введена в средство тушения, является смачивающее средство, или «wetting agent», которое уменьшает поверхностное натяжение средства тушения, в частности, воды для тушения. Это выгодно, например, при борьбе с лесными пожарами, так как вода для тушения может смачивать большие поверхности, в частности, листья деревьев и, следовательно, может быть использована более эффективно. Кроме этого, благодаря уменьшенному поверхностному натяжению, вода для тушения может глубже проникать в почву, чтобы тушить, например, более глубоко лежащие раскаленные очаги.
Также существуют средства тушения, которые могут быть использованы как смачивающие средства (в таком случае, при необходимости, с другой нормой добавления, в частности, с минимальной нормой добавления 0,1%).
Далее изобретение описано отчасти на примере воды в качестве средства тушения и пенообразователя в качестве добавки к средству тушения. Однако, это не следует рассматривать как ограничение. Изобретение может быть равным образом применено при добавлении любых добавок к любому средству тушения.
Для функционирования огнетушительной установки с системой добавления как средство тушения, так и добавка к средству тушения могут быть обеспечены в резервуаре средства тушения или резервуаре добавки к средству тушения или поданы по подающему трубопроводу средства тушения или подающему трубопроводу добавки к средству тушения. В случае обеспечения средства тушения в резервуаре средства тушения, также требуется насос средства тушения, перемещающий средство тушения из резервуара средства тушения и под давлением подающий в систему добавления. Однако, эти только что упомянутые компоненты не являются составной частью самой системы добавления.
Подлежащую формированию смесь средства тушения и добавки к средству тушения, т.е., премикс, в случае пенообразователя в качестве добавки к средству тушения затем в форме потока премикса направляют через вспенивающее сопло, в которое потоком премикса всасывается окружающий воздух и смешивается с премиксом. Благодаря этому пенообразователь активируется в премиксе и вспенивает премикс, таким образом, из вспенивающего сопла выходит вспененное средство тушения, которое может быть выпущено на пламя.
Необходимый для вспенивания средства тушения воздух также может быть подан в премикс в форме сжатого воздуха. Установку, где пену получают при помощи сжатого воздуха, называют CAFS-установкой (Compressed Air Foam System, система подачи компрессионной пены).
Хотя можно произвести премикс заранее, независимо от огнетушительной установки, в таком случае его возможно придется хранить в течении более длительного времени. Поэтому во многих случаях более выгодно создавать премикс только непосредственно перед выпуском средства тушения на подлежащее тушению пламя. С этой целью система добавления включает дозирующий насос, при помощи которого добавку к средству тушения подают и вводят в средство тушения.
В системе добавления, рассматриваемой в соответствии с настоящим изобретением, дозирующий насос приводится в действие двигателем, который, в свою очередь, сам приводится в действие потоком средства тушения.
Таким образом, в приведенном выше, не имеющем ограничительного характера примере применения изобретения система добавления включает водяной двигатель, который приводится в действие потоком воды для тушения. С этой целью выходной вал водяного двигателя соединен со входным валом дозирующего насоса, например, при помощи соединительной муфты.
Подаваемая дозирующим насосом добавка к средству тушения по трубопроводу добавки к средству тушения от дозирующего насоса поступает в трубопровод добавления и там смешивается с потоком средства тушения, образуя премикс.
Такой конструкции системы добавления, в которой дозирующий насос приводится в действие уже имеющимся потоком средства тушения, свойственно преимущество, заключающееся в том, что для работы дозирующего насоса не требуется подачи энергии извне, в частности, электрической, благодаря чему система добавления является безотказной. Кроме этого, производительность дозирующего насоса по существу пропорциональна числу оборотов двигателя, которое, в свою очередь, пропорционально расходу потока средства тушения. Таким образом, автоматически без дополнительных управляющих или регулировочных устройств достигается по существу постоянная норма добавления.
В системе добавления для огнетушительной установки описанной выше конструкции возникает проблема, заключающаяся в том, что компоненты системы добавления в ходе функционирования вибрируют, в результате чего испытывают механическую нагрузку, что в крайних случаях ведет к появлению трещин и сопутствующих утечек. Из-за этого снижается эксплуатационная надежность системы добавления.
Кроме этого, в такой системе добавления возникает проблема, заключающаяся в том, что определенные применяемые в ходе работы среды, в частности, добавки к средству тушения с высокой вязкостью, вызывают высокое сопротивление потоку в компонентах системы добавления. Это ведет к тому, что среды нужно подавать под большим давлением, чтобы преодолеть указанное сопротивление потоку, что, в свою очередь, увеличивает нагрузку на компоненты системы добавления и, следовательно, отрицательно сказывается на эксплуатационной надежности системы добавления. Одновременно, высокое сопротивление потоку снижает КПД системы добавления.
Кроме этого, в подобной системе добавления возникает проблема, заключающаяся в том, что отдельные компоненты, в частности, дозирующий насос, могут подвергаться неприемлемо высокому давлению со стороны средства тушения, добавки к средству тушения и/или премикса, вследствие чего могут повреждаться или даже разрушаться. Это также отрицательно сказывается на эксплуатационной надежности системы добавления.
В основе изобретения лежит задача увеличения эксплуатационной надежности системы добавления для огнетушительной установки описанной выше конструкции.
Эта задача решена посредством системы добавления по одному из пунктов 1-4 формулы изобретения.
Изобретение исходит из системы добавления для огнетушительной установки, предназначенной для добавления добавки к средству тушения, в частности, пенообразователя, в средство тушения, в частности, воду.
Система добавления включает приводимый в действие потоком средства тушения двигатель, в частности, водяной двигатель, с впуском для подачи в двигатель средства тушения, в частности, из резервуара средства тушения или подающего трубопровода средства тушения, выпуск для отведения из двигателя средства тушения и выходной вал, приводимый в действие двигателем.
Система добавления также включает дозирующий насос для подачи добавки к средству тушения, в частности, поршневой насос со входным валом, который соединен с выходным валом двигателя, впуском для подачи добавки к средству тушения, в частности, из резервуара добавки к средству тушения или подающего трубопровода добавки к средству тушения, и выпуском для отведения добавки к средству тушения.
Система добавления также включает трубопровод добавления с первым концом на стороне двигателя и вторым, выпускным концом, при этом конец на стороне двигателя соединен по текучей среде с выпуском двигателя.
Кроме этого, система добавления включает трубопровод добавки к средству тушения с первым концом на стороне насоса и вторым концом на стороне трубопровода добавления, при этом конец на стороне насоса соединен по текучей среде с выпуском дозирующего насоса, и конец на стороне трубопровода добавления соединен по текучей среде с трубопроводом добавления в точке добавления.
Согласно первому аспекту изобретения, двигатель является роторным двигателем, в котором ротор установлен с возможностью вращения так, что при вращении он, по меньшей мере, временно соприкасается с наружной стенкой рабочей камеры двигателя.
При этом согласно изобретению, наружная стенка рабочей камеры в поперечном сечении, перпендикулярном оси вращения ротора, по меньшей мере, частично имеет по существу форму логарифмической спирали.
Роторный двигатель, предпочтительно, представляет собой водяной двигатель, функционирующий в соответствии с принципом вытеснения, в котором ротор выполнен из нескольких частей и включает корпус ротора, а также множество радиально смещаемых лопастей (так называемых лопаток). Благодаря радиальному смещению лопатки при каждом обороте двигателя происходит возвратно-поступательное движение лопатки с высокой частотой. В традиционных водяных двигателях это может приводить к вибрации и шумной работе водяного двигателя. Из-за этого водяной двигатель может испытывать механическую нагрузку, которая отрицательно сказывается на его сроке службы и эксплуатационной надежности.
Было показано, что работа водяного двигателя может быть более бесшумной, если радиально наружные концы лопаток, по меньшей мере, частично при движении описывают траекторию в форме логарифмической спирали. Под логарифмической спиралью в обычном математическом смысле понимается спираль, в которой расстояние от центра на каждом обороте спирали изменяется с одним и тем же коэффициентом. Логарифмическая спираль может быть описана в полярных координатах уравнением
где φ означает угол вращения точки на спирали, и r(φ) означает соответствующий радиус точки. Кроме этого, параметр k означает шаг спирали, и a означает коэффициент масштабирования.
Поскольку траектория радиально наружных концов лопатки определяется соприкосновением с наружной стенкой рабочей камеры водяного двигателя согласно изобретению, поперечное сечение рабочей камеры, перпендикулярное оси вращения ротора, по меньшей мере, частично выполнено по существу в форме логарифмической спирали.
Таким образом, благодаря меньшему механическому нагружению водяного двигателя повышается эксплуатационная надежность системы добавления.
Согласно второму аспекту изобретения двигатель представляет собой роторный двигатель, в котором ротор установлен с возможностью вращения в дренажном корпусе.
Согласно изобретению, стенка дренажного корпуса включает по меньшей мере одно, в частности, по меньшей мере одно расположенное по существу в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, сквозное щелевое отверстие, предназначенное для впуска средства тушения в дренажный корпус и/или для выпуска средства тушения из дренажного корпуса.
Чтобы средство тушения могло поступать в дренажный корпус, приводить там в движение ротор и снова выходить из дренажного корпуса, стенка дренажного корпуса не должна быть замкнутой, напротив, должна иметь по меньшей мере одно отверстие, через которое может проходить средство тушения.
Для этого изобретением предусматривается наличие по меньшей мере одного сквозного щелевого отверстия в стенке дренажного корпуса. Предпочтительно оно расположено по существу в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, чтобы средство тушения испытывало по возможности небольшое сопротивление потоку. Кроме этого, предпочтительно в стенке дренажного корпуса расположено два, три или более сквозных щелевых отверстий, в частности, множество сквозных щелевых отверстий.
При этом сквозное щелевое отверстие следует понимать в обычном смысле как вытянутое, в частности, прямое отверстие, которое проходит насквозь через поверхность, в данном случае, стенку дренажного корпуса и, таким образом, является отверстием, соединяющим одну сторону поверхности с другой стороной поверхности.
Сквозное щелевое отверстие в стенке дренажного корпуса оказывает, в частности, меньшее сопротивление потоку средства тушения, чем, например, сквозные расточные отверстия в стенке дренажного корпуса, применяемые в обычных двигателях с рассматриваемой конструкцией.
Наличие сквозного щелевого отверстия в стенке дренажного корпуса позволяет уменьшить потери давления средства тушения в ходе функционирования двигателя и изнашивание двигателя. Таким образом, повышается и эксплуатационная надежность системы добавления.
Согласно третьему аспекту изобретения дозирующий насос представляет собой поршневой насос.
Согласно изобретению, впуск дозирующего насоса таким образом расположен в дозирующем насосе, что добавка к средству тушения может поступать в дозирующий насос по существу параллельно направлению движения по меньшей мере одного, предпочтительно, всех поршней дозирующего насоса.
Благодаря такой конструктивной особенности достигаются, в частности, в случае добавок к средству тушения с высокой вязкостью улучшенные параметры всасывания по сравнению с обычными угловыми и, часто, выходящими во внутреннее пространство с острыми кромками соединительными элементами у впуска дозирующего насоса. В частности, на входе в дозирующий насос добавка к средству тушения не должна отклоняться до поступления в принадлежащий поршню цилиндр. Благодаря этому существенно уменьшаются сопротивление потоку, которому подвергается добавка к средству тушения на входе в дозирующий насос, и возникающие в результате потери давления. Таким образом, повышается эксплуатационная надежность и КПД системы добавления.
Согласно четвертому аспекту изобретения, дозирующий насос включает разгрузочный клапан, в частности, интегрированный в крышку насоса. Благодаря этому дозирующий насос защищен от слишком высокого давления добавки к средству тушения, которое может возникнуть, например, из-за неправильной подачи из резервуара добавки к средству тушения или из подающего трубопровода добавки к средству тушения. Благодаря интегрированию разгрузочного клапана в дозирующий насос также уменьшается занимаемое системой добавления пространство, в частности, по сравнению с расположением разгрузочного клапана снаружи дозирующего насоса.
Другие преимущества, отличительные особенности и возможности применения настоящего изобретения явствуют из нижеследующего описания со ссылкой на фигуры. На фигурах показано:
Фиг. 1: принципиальная схема водяного двигателя соответствующей изобретению системы добавления в поперечном сечении, перпендикулярном оси вращения ротора водяного двигателя;
Фиг. 2: схематичное поперечное сечение по дозирующему насосу соответствующей изобретению системы добавления.
Водяной насос 1 системы добавления по первому и второму аспектам изобретения в примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, представляет собой роторный двигатель, функционирующий в соответствии с принципом вытеснения. Водяной двигатель 1 включает корпус 2 со сквозным отверстием, которое соединяет впуск 3 с рабочей камерой 10 и выпуском 4. Таким образом, вода для тушения может протекать через водяной двигатель 1 от его впуска 3 через рабочую камеру 10 в направлении выпуска 4.
Между впуском 3 и выпуском 4 неподвижно относительно корпуса 2 установлен трубообразный дренажный корпус 5, снаружи имеющий форму цилиндра. Ось цилиндра проходит перпендикулярно направлению течения в водяном двигателе 1 (на фиг. 1 - перпендикулярно плоскости листа). В стенке дренажного корпуса 5 расположены сквозные щелевые отверстия 12, 13, через которые проходит вода для тушения.
Во внутреннем пространстве дренажного корпуса 5 расположен ротор 9 с цилиндрическим корпусом 8 ротора, установленный с возможностью вращения вокруг оси вращения. Ось вращения ротора 9 проходит параллельно оси дренажного корпуса 5, однако, смещена относительно нее так, что ротор 9 расположен в дренажном корпусе 5 эксцентрично.
Серпообразное полое пространство, оставшееся между наружной стенкой корпуса 8 ротора и внутренней стенкой 11 дренажного корпуса 5, образует рабочую камеру 10 водяного двигателя 1. В частности, наружная стенка корпуса 8 ротора образует внутреннюю стенку рабочей камеры 10, и внутренняя стенка 11 дренажного корпуса 5 образует наружную стенку рабочей камеры 10. В области, где наружная стенка корпуса 8 ротора касается внутренней стенки 11 дренажного корпуса 5, внутренняя стенка 11 дренажного корпуса 5 в поперечном сечении слегка выдается радиально наружу в виде дуги окружности (на фиг. 1 у верхнего края корпуса 8 ротора).
Кроме того, ротор 9 снабжен двумя серпообразными лопатками 6, 7, которые вставлены в радиальные прорези в корпусе 8 ротора. Лопатки 6, 7 могут смещаться радиально внутри корпуса 8 ротора и выступать из него радиально наружу. Кроме этого, в средней части лопатки 6, 7 соответственно снабжены проточками (не показаны), благодаря которым в месте пересечения на оси вращения ротора 9 они не мешают друг другу.
Радиальное протяжение лопаток 6, 7 рассчитано так, что каждая лопатка 6, 7 на обоих концах почти касается внутренней стенки 11 дренажного корпуса 5, при этом лопатки 6, 7 при вращении ротора 9 все же движутся свободно. При вращении ротора из-за эксцентричного расположения ротора 9 в рабочей камере 10 лопатки 6, 7 совершают периодическое возвратно-поступательное движения. При этом лопатки 6, 7 образуют в рабочей камере 10 с наружной стенкой корпуса 8 ротора и внутренней стенкой 11 дренажного корпуса 5 полости разного объема.
Когда вода для тушения протекает через водяной двигатель 1, ротор 9 приводится водой для тушения во вращательное движение. Таким образом, также приводится во вращательное движение соединенный с ротором 9 выходной вал (не показан) водяного двигателя 1, приводящий в действие дозирующий насос.
Было показано, что водяной двигатель 1 работает шумно, когда внутренняя сторона 11 дренажного корпуса 5 - за исключением описанного выше изгиба наружу - также имеет цилиндрическую форму. В этом случае именно острые, расположенные аксиально кромки, образующиеся на переходе между цилиндрической формой и указанным изгибом наружу вызывают удар при каждом проскальзывании конца лопатки 6, 7. В частности, при большом числе оборотов водяного двигателя 1 эти удары вызывают вибрацию и шум при работе водяного двигателя 1.
Внутренняя сторона 11 дренажного корпуса 5 на отдельных участках, которые на фиг. 1 показаны штриховой линией, выполнена в форме логарифмической спирали. Таким образом, устраняются указанные острые кромки на внутренней стороне 11 дренажного корпуса 5, и, следовательно, исключаются соударения с концами лопаток 6, 7, благодаря чему работа водяного двигателя 1 становится существенно более плавной.
На фиг. 2 показан дозирующий насос 20 системы добавления в соответствии с третьим аспектом изобретения. Дозирующий насос 20 имеет форму поршневого насоса с поршнями 24 25, 26, которые движутся вверх и вниз параллельно друг другу в направлении двусторонних стрелок 27, 28, 29 в соответствующем цилиндре (не показан) дозирующего насоса 20. Поршни 24 25, 26 и соответствующие цилиндры расположены в корпусе 21 дозирующего насоса 20.
В дозирующем насосе 20 имеется впуск 22, через который в него может быть подана добавка к средству тушения. При этом поступление добавки к средству тушения происходит в направлении стрелки 23, следовательно, параллельно направлению 27, 28, 29 движения поршней 24, 25, 26.
Таким образом гарантируется, что добавка к средству тушения от момента поступления в дозирующий насос через впуск 22 до поступления в цилиндр не отклоняется, благодаря чему добавка к средству тушения испытывает только незначительное сопротивление потоку. Это способствует, в частности, в случае добавок к средству тушения с высокой вязкостью, повышению КПД дозирующего насоса 20 и, таким образом, всей системы добавления.
На фиг. 2 также показан дозирующий насос 20 системы добавления в соответствии с четвертым аспектом изобретения. За впуском 20 дозирующего насоса 20, но еще до цилиндров с поршнями 24, 25, 26 расположен разгрузочный клапан 30, который при высоком давлении добавки к средству тушения, поступающей в дозирующий насос 20, закрывается и, таким образом, защищает дозирующий насос 20 от повреждения или даже разрушения. Разгрузочный клапан 30 интегрирован в корпус 21 дозирующего насоса, в частности, в его крышку, поэтому для его размещения не нужно дополнительного места.
Перечень позиций на чертежах
1 Водяной двигатель
2 Корпус водяного двигателя
3 Впуск водяного двигателя
4 Выпуск водяного двигателя
5 Дренажный корпус
6, 7 Лопатка
8 Корпус ротора
9 Ротор
10 Рабочая камера
11 Внутренняя стенка дренажного корпуса
12, 13 Сквозное щелевое отверстие
20 Дозирующий насос
21 Корпус дозирующего насоса
22 Впуск дозирующего насоса
23 Поступление добавки к средству тушения
24, 25, 26 Поршни
27, 28, 29 Направление движения поршней
30 Разгрузочный клапан