МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ПОЖАРОТУШЕНИЯ С ГЕНЕРИРОВАНИЕМ ПЕНЫ КОМПРЕССИОННЫМ СПОСОБОМ
MOBILE FIRE EXTINGUISHING INSTALLATION WITH FOAM GENERATION BY COMPRESSION METHOD

Изобретение относится к противопожарной техники, а именно к противопожарным наземным транспортным средствам с генерированием пены компрессионным способом.
Из журнала «Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», издаваемого Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Воронежский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий», выпуска №1 (6) / том 1 / 2015, в статье «Переносная установка получения компрессионной (газонаполненной) пены» (авторы Шавалеев М.Р., Кокшаров А.В.), известна компрессионная (газонаполненная) пена, которая, как указано, является одним из наиболее эффективных огнетушащих веществ, поскольку ее действие одновременно направлено на охлаждение зоны горения и изоляцию от кислорода воздуха. Кроме того, использование компрессионной пены в сравнении с водой обладает рядом преимуществ: низкая отдача и легкость удержания пожарного ствола при подаче тушащего агента; низкий вес рукава, что облегчает перемещение ствольщика; возможность подачи пены по сухотрубу на высоту до 250 метров при давлении в системе не более 10 атм.; низкое парообразование, что приводит к улучшению видимости при тушении, повышению точности подачи пены и снижению риска ожогового травматизма пожарных; низкая теплопроводность пены, что облегчает работу в условиях низких температур. Также, в указанном источнике информации раскрыта схема переносной установки, состоящей из металлического трубопровода, концы которого содержат соединительные головки для подсоединения к рукавным линиям, с одной стороны - к пожарному насосу (насосу для подачи воды) и с другой - к устройству подачи пены в очаг пожара (пожарный рукав, ручной ствол, лафетный ствол); системы дозировки и подачи пенообразователя (пенообразующего концентрата); и системы подачи воздуха из баллов средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) через редуктор. Так, система дозировки и подачи пенообразователя, предназначенная для подачи и дозирования пенообразователя в установку из сторонней емкости, включает погружной насос, который забирает пенообразователь из сторонней емкости и под давлением транспортирует ее к подающему устройству. Подающее устройство конструктивно представляет собой трубку Пито, загнутый конец которой повернут по направлению движения жидкости. Для дозировки пенообразователя перед подающим устройством расположен кран, открыванием или закрыванием которого регулируется насыщенность раствора пенообразователя. Пенообразователь под действием складывающегося турбулентного режима смешивается с водой. При этом качественные показатели компрессионной пены регулируются расходом раствора пенообразователя с помощью крана. Предлагаемая в указанной статье конструкция переносной установки получения компрессионной пены преимущественно направлена на модернизацию существующих мобильных противопожарных установок с целью расширения их функциональности при одновременном снижении себестоимости такого расширения. Недостатками раскрытой установки являются:
- необходимость использования баллонов со сжатым воздухом;
- необходимость оперативной ручной настройки модернизированной с ее помощью противопожарной установки, при которой ручную настройку необходимо осуществлять, в том числе, при изменении давления подачи любого компонента пены (воды, пенообразующего концентрата, сжатого воздуха), например, при работе установки от водоисточника с подпором (пожарных гидрантов и т.п.);
- отсутствие автоматической корректировки давлений подачи воды, пенообразующего концентрата и сжатого воздуха при изменении давления на выходе установки (противодавления), зависящего от гидравлического сопротивления напорных рукавов, по которым осуществляется подача готовой пены, и от геометрической высоты подъема пены по этим рукавам, для преодоления которого требуется изменять давление указанных компонентов в ручном режиме, что еще более затрудняется в случае отсутствия прямой видимости струи с места работы оператора установки;
- отсутствие автоматизации процесса создания компрессионной пены, поскольку в системах дозировки и подачи пенообразователя и подачи воздуха из баллонов средства индивидуальной защиты органов дыхания (далее - СИЗОД) отсутствуют управляющие работой устройств контроллеры, осуществляющие управление в зависимости от требуемых и текущих характеристик готовой пены, из-за чего требуется ручная настройка подачи компонентов пены.
Также, из патента на изобретение РФ №2580779, опубликованного 10.04.2016 г., МПК А62С 27/00, известен мобильный роботизированный комплекс пожаротушения включающий систему пожаротушения компрессионной пеной, состоящую из смесителя, центробежного насоса, электромагнитных клапанов, реле давления, вспомогательного трубопровода высокого давления, лафетного пожарного ствола и преобразователя давления (редуктора). В смесителе предусмотрено подключение пожарного рукава от автоцистерны или пожарного гидранта и пенообразователя через входные патрубки с быстросъемными соединительными головками. Насос центробежный с гидроприводом обеспечивает производительность 31 л/с. Кроме того, трубопровод высокого давления имеет быстросъемное соединение для подключения дополнительного пожарного рукава к ручному стволу (брандспойту). Также, указанная система пожаротушения включает пеногенерирующее устройство, емкость с водой, емкость со сжатым воздухом и емкость с пенообразователем. Основным элементом указанной установки является пеногенерирующее устройство, которое из воды и пенообразователя с применением сжатого воздуха обеспечивает формирование воздушномеханической пены низкой кратности (компрессионной пены), при этом воздух подается в систему из баллона высокого давления через редуктор, обеспечивающий снижение давления до рабочего уровня. Хранение пенообразователя осуществляется в специальном баке. В дежурном режиме бак находится под атмосферным давлением, при пуске установки надувается воздухом. Смесь используется при тушении пожаров вдали от водоемов или при тушении пожаров, требующих проведения пожарных мероприятий высокой сложности. Полученная компрессионная пена подается через лафетный ствол на очаг пожара. Недостатками раскрытой установки являются:
- необходимость использования баллонов со сжатым воздухом, обеспечивающих подачу не только сжатого воздуха, но и подачу пенообразователя, что, в случае окончания сжатого воздуха в баллонах, делает невозможным тушение пожара с помощью компрессионной пены;
- отсутствие элементов обслуживания предложенной установки, в том числе, системы осушения и промывки.
Наиболее близким аналогом предлагаемой мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом является установка пожаротушения CAFSPro (fire extinguishing system CAFSPro) производства компании HALE PRODUCTS, INC, раскрытое в руководстве пользователя, опубликованном на интернет сайте:
https://lacountyfirefighters.org/items/QMAX_MUSCLE_PUMP_CAFS_Manual.pdf
Известное техническое решение представляет собой систему, в состав которой входят следующие основные элементы: насос центробежный пожарный (пожарный насос или насос для подачи воды), обеспечивающий подачу воды с необходимым избыточным давлением; насос объемного типа, обеспечивающий подачу и впрыск (инжекцию) пенообразующего концентрата в поток воды с целью получения исходного пенообразующего раствора (пенный насос); дозирующее устройство, обеспечивающее автоматическое регулирование количества пенообразующего концентрата (далее - ПО), направляемого на впрыск в поток воды (дозатор ПО); воздушный компрессор, обеспечивающий подачу сжатого воздуха в исходный пенообразующий раствор, после перемешивания с которым в установке генерируется готовая пена (компрессор); механическая трансмиссия, обеспечивающая привод воздушного компрессора от вала пожарного насоса посредством ременной передачи (ременная передача); смесительная камера, обеспечивающая генерирование пены путем перемешивания исходного пенообразующего раствора и сжатого воздуха (смесительная камера); измерительные устройства, электронные блоки управления, запорно-регулирующая арматура, трубопроводы и другие элементы коммутации.
Принцип работы известного технического решения основан на получении пены из трех исходных компонентов: воды, пенообразующего концентрата и сжатого воздуха, которые в определенной дозировке поступают в смесительную камеру, где, подвергаясь интенсивному борботированию, превращаются в готовую пену за счет наличия у исходной жидкости поверхностно активных свойств.
При этом в зависимости от типа используемого пенообразующего концентрата, а также в зависимости от того, какую плотность пены требуется получить на выходе установки в каждом конкретном случае ее использования (что определяется тактикой пожаротушения), соотношение указанных составляющих компонентов пены (воды, пенообразователя и сжатого воздуха) может варьироваться оператором при помощи соответствующих предустановок. В частности, в тех или иных случаях для пожаротушения может применяться или более легкая пена - с большим относительным содержанием воздуха, которую принято называть "сухой", или более тяжелая - с меньшим относительным содержанием воздуха, которую принято называть "мокрой".
Требуемые пропорции составляющих компонентов пены, вводимые оператором в качестве предустановок, обеспечиваются при помощи специальных автоматических регуляторов, которые, в зависимости от текущего расхода воды, осуществляют дозированный впрыск нужного количества пенообразующего концентрата и нужного количества сжатого воздуха.
Дозирование пенообразующего концентрата осуществляется при помощи специального пенного насоса и дозатора ПО. Дозирование осуществляется за счет вариации частоты вращения пенного насоса, производительность которого изменяется квазипропорционально частоте вращения. Требуемое (целевое) значение частоты вращения рассчитывается по заданной пропорции, исходя из текущего расхода воды. Расход воды измеряется непрерывно при помощи соответствующего прибора расходомера воды.
Дозирование сжатого воздуха осуществляется при помощи специальной пневмоаппаратуры, управляемой автоматически по показаниям воздушного расходомера и заданных предустановок, в зависимости от текущего расхода воды. При этом частота вращения компрессора не регулируется, поскольку она определяется только параметрами ременной передачи и частотой вращения пожарного насоса, а последняя выставляется оператором по критерию получения нужного давления воды на выходе из пожарного насоса.
Недостатком указанного технического решения, выбранного в качестве ближайшего аналога, является зависимость его выходных характеристик (интенсивности и дальности пенной струи) от гидравлического сопротивления напорных рукавов, по которым осуществляется подача готовой пены, и от геометрической высоты подъема пены по этим рукавам. Обе названных величины обуславливают так называемое противодавление на выходе установки, с увеличением которого расход воды (и, как следствие, обоих других компонентов пены - пенообразующего концентрата и сжатого воздуха) будет снижаться, вплоть до полного прекращения. Для компенсации указанного снижения интенсивности оператор должен "вручную" корректировать давление на выходе пожарного насоса, что не всегда бывает возможным из-за отсутствия прямой видимости струи с места работы оператора.
Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение надежности и производительности работы мобильной установки пожаротушения.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в возможности получения в автоматическом режиме необходимой по напору и плотности пены при изменяющимся противодавление пены на выходе мобильной установки пожаротушения, в результате изменяющихся гидравлического сопротивления напорных рукавов и геометрической высоты подъема пены по этим рукавам, при одновременном достижение наибольшей эффективности работы установки за счет стабильного режима подачи пены, который поддерживается автоматически, вне зависимости от возможных вариаций в характеристиках напорной линии на выходе мобильной установки пожаротушения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом, содержащая смесительную камеру, к выходу которой присоединено устройство подачи пены в очаг пожара, и соединенные трубопроводами со входом смесительной камеры систему подачи воды, включающую насос подачи воды и привод насоса подачи воды, систему подачи пенообразующего концентрата, включающую пенный насос и привод пенного насоса, а также систему подачи воздуха, включающую воздушный компрессор и привод воздушного компрессора, при этом, согласно заявленному решению, трубопровод подачи воды, соединяющий насос подачи воды и смесительную камеру, снабжен расходомером воды, дроссельной задвижкой с электроприводом, а также электронным блоком управления дроссельной задвижкой, при этом вход блока управления дроссельной задвижкой электрически связан с выходом расходомера воды, а выход блока управления дроссельной задвижкой электрически связан с входом электропривода дроссельной задвижки.
При этом, система подачи пенообразующего концентрата может включать емкость для пенообразующего концентрата и последовательно установленные на трубопроводе между емкостью для пенообразующего концентрата и смесительной камерой кран подачи пенообразующего концентрата, пенный насос, кран для слива пенообразующего концентрата, расходомер пенообразующего концентрата, обратный клапан пенообразующего концентрата, а также может быть снабжена электронным блоком управления системы подачи пенообразующего концентрата, входы которого соединены электрическими проводниками с выходами датчика вращения пенного насоса и расходомера пенообразующего концентрата, а выход соединен электрическим проводником со входом регулируемого гидравлического насоса гидравлической трансмиссии привода пенного насоса.
Также, система подачи воздуха может быть снабжена последовательно установленными на трубопроводе между воздушным компрессором и смесительной камерой трехходовым краном и обратным клапаном воздуха, а также электронным блоком управления системы подачи воздуха, выход которого соединен электрическим проводником со входом регулируемого гидравлического насоса гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора, а вход которого соединен с датчиком вращения воздушного компрессора.
Преимущественно электрический вход электронного блока управления системы подачи пенообразующего концентрата и электрический вход электронного блока управления системы подачи воздуха электрически связаны с электрическим выходом расходомера воды или с электрическим выходом электронного блока управления дроссельной задвижкой.
Мобильная установка пожаротушения может быть установлена на шасси наземного транспортного средства или на железнодорожных подвижных платформах.
Заявляемое изобретение проиллюстрировано графическим материалом, где на фигуре показана функциональная схема мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом.
Предлагаемое техническое решение - мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом, поясняется конкретным исполнением, описанным ниже, однако, приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заявленного технического результата.
Мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом, содержит смесительную камеру 1, к выходу которой присоединено устройство 2 подачи пены в очаг пожара, и соединенные трубопроводами со входом смесительной камеры 1 систему подачи воды, включающую насос подачи воды (на фигуре не показан) и привод насоса подачи воды (на фигуре не показан), систему подачи пенообразующего концентрата, включающую пенный насос 3 и привод пенного насоса 3, а также систему подачи воздуха, включающую воздушный компрессор 4 и привод воздушного компрессора 4. Мобильная установка пожаротушения снабжена установленными на трубопроводе подачи воды между насосом подачи воды (на фигуре не показан) и смесительной камерой 1 расходомером 5 воды, дроссельной задвижкой 6 с электроприводом (на фигуре не показан), а также электронным блоком 7 управления дроссельной задвижкой 6, при этом вход электронного блока 7 управления дроссельной задвижкой 6 электрически связан с выходом расходомера 5 воды, а выход электронного блока 7 управления дроссельной задвижкой 6 электрически связан с входом электропривода дроссельной задвижки 6.
Система подачи пенообразующего концентрата включает емкость для пенообразующего концентрата (на фигуре не показана) и последовательно установленные на трубопроводе между емкостью для пенообразующего концентрата и смесительной камерой 1 кран 8 подачи пенообразующего концентрата, пенный насос 3, кран 9 для слива пенообразующего концентрата, расходомер 10 пенообразующего концентрата, обратный клапан 11 пенообразующего концентрата. Система подачи пенообразующего концентрата также снабжена электронным блоком 12 управления системы подачи пенообразующего концентрата, входы которого соединены электрическими проводниками с выходами датчика 13 вращения пенного насоса 3 и расходомера 10 пенообразующего концентрата, а выход соединен электрическим проводником со входом регулируемого гидравлического насоса 14 гидравлической трансмиссии привода пенного насоса 3.
Система подачи воздуха снабжена последовательно установленными на трубопроводе между воздушным компрессором 4 и смесительной камерой 1 трехходовым краном 15 и обратным клапаном 16 воздуха, а также электронным блоком 17 управления системы подачи воздуха, выход которого соединен электрическим проводником со входом регулируемого гидравлического насоса 18 гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора 4, вход которого соединен с датчиком 19 вращения воздушного компрессора 4.
Электрический вход электронного блока 12 управления системы подачи пенообразующего концентрата и электрический вход электронного блока 17 управления системы подачи воздуха электрически связаны с электрическим выходом расходомера 5 воды (связь на фигуре не показана). При этом, для получения данных о текущем расходе воды указанные электрические входы могут быть электрически связаны с электрическим выходом электронного блока 7 управления дроссельной задвижкой 6, который получает эти данные от расходомера 5 воды.
Мобильная установка пожаротушения установлена на шасси наземного транспортного средства (на фигуре не показано). Также она может быть установлена на железнодорожных подвижных платформах.
Функциональная схема мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом, изображенная на фигуре, содержит представленные ниже вспомогательные элементы, входящие в состав установки пожаротушения.
Система подачи воды включает водяной кран 20 для перекрытия подачи воды, кран 21 для слива воды и обратный клапан 22, препятствующий попаданию компрессионной пены в систему подачи воды.
Приводной двигатель 23 кинетически соединен с регулируемой гидравлической трансмиссией привода воздушного компрессора 4 и регулируемой гидравлической трансмиссией привода пенного насоса 3. В качестве приводного двигателя 23 установлен двигатель внутреннего сгорания, при этом, вместо двигателя внутреннего сгорания может быть использован электродвигатель. Регулируемая гидравлическая трансмиссия привода воздушного компрессора 4 включает в себя регулируемый гидравлический насос 18 и соединенный с ним трубопроводами нерегулируемый гидромотор 24 привода воздушного компрессора 4. Регулируемая гидравлическая трансмиссия привода пенного насоса 3 включает в себя регулируемый гидравлический насос 14 и соединенный с ним трубопроводами нерегулируемый гидромотор 25 привода пенного насоса 3.
Система подачи воздуха соединена с системой подачи воды трубопроводом, содержащим последовательно установленные обратный клапан 26 осушения и кран 27 осушения.
Кроме того, система подачи воды соединена с системой подачи пенообразующего концентрата трубопроводом, содержащим кран 28 промывки.
Мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом также содержит теплообменник 29, обеспечивающий охлаждение масла в регулируемой гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора 4 и регулируемой гидравлической трансмиссии привода пенного насоса 3, предохранительные клапаны 30 и 31, обеспечивающие защиту регулируемой гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора 4 и регулируемой гидравлической трансмиссии привода пенного насоса 3 от превышающего заложенные показатели давления масла, датчик 32 давления воды, датчик 33 давления пенообразующего концентрата и датчик 34 давления воздуха, обеспечивающие оператора информацией о текущем состоянии системы, датчик 35 заполнения системы подачи пенообразующего концентрата, электрический выход которого связана со входом электронного блока 12 управления системы подачи пенообразующего концентрата.
Мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом работает следующим образом.
Необходимый напор воды подается в систему подачи воды с помощью насоса подачи воды (на схеме не показан) из резервуара (емкости) (на фигуре не показана), либо с помощью пожарного гидранта без добавочного увеличения напора воды насосом подачи воды, либо с помощью пожарного гидранта с добавочным увеличением напора воды насосом подачи воды, что выбирается в зависимости от места эксплуатации установки. В системе подачи воды напор воды контролируется электронным блоком 7 управления с помощью расходомера 5 воды и изменяется, по необходимости, с помощью дроссельной задвижки 6, после которой вода поступает через обратный клапан 22 в смесительную камеру 1. Так, при возрастании или снижении противодавления пены на выходе мобильной установки пожаротушения расходомер 5 воды фиксирует данные о возрастании или снижении расхода воды соответственно, и направляет их в блок 7 управления, который в соответствии заданным типом пены (более легкая («сухая») пена или более тяжелая («мокрая») пена) управляет величиной открытия дроссельной задвижки 6, таким образом, чтобы в смесительную камеру 1 поступал необходимый напор воды для образования компрессионной пены.
Приводной двигатель 23 приводит в движение гидравлический насос 14 и гидравлический насос 18.
В зависимости от напора воды, данные о котором поступают от расходомера 5 воды (либо электронного блока управления 7) в электронный блок 12 управления системы подачи пенообразующего концентрата, последний управляет работой регулируемого гидравлического насоса 14 гидравлической трансмиссии привода, который приводит в движение нерегулируемый гидромотор 25, который в свою очередь является приводом пенного насоса 3. При этом электронный блок 12 управления системы подачи пенообразующего концентрата получает данные о частоте вращение пенного насоса 3 с помощью датчика 13 вращения пенного насоса, о расходе пенообразующего концентрата с помощью расходомера 10, а также о заполнении системы подачи пенообразующего концентрата с помощью датчика заполнения 35. В зависимости от необходимых качеств пены - более легкая («сухая») пена или более тяжелая («мокрая») пена при различном напоре воды, пенный насос 3 подает из резервуара (емкости) (на фигуре не показана) пенообразующий концентрат через обратный клапан 11 в смесительную камеру 1 необходимое количество пенообразующего концентрата с необходимым напором.
В зависимости от напора воды, данные о котором поступают от расходомера 5 воды (либо электронного блока 7 управления) в электронный блок 17 управления системы подачи воздуха, последний управляет работой регулируемого гидравлического насоса 18 гидравлической трансмиссии привода, который приводит в движение нерегулируемый гидромотор 24, являющийся приводом компрессора 4. Электронный блок 17 управления системы подачи воздуха получает данные о частоте вращение компрессора 4 с помощью датчика 19 вращения компрессора. В зависимости от необходимых качеств пены - более легкая («сухая») пена или более тяжелая («мокрая») пена при различном напоре воды, компрессор 4 подает сжатый воздух через обратный клапан 16 в смесительную камеру 1 необходимое количество воздуха под необходимым давлением.
Оператор мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом может контролировать работу системы подачи воды с помощью датчика 32 давления воды, работу системы подачи пенообразующего концентрата с помощью датчика 33 давления пенообразующего концентрата и работу системы подачи воздуха с помощью датчика 34 давления воздуха. На основании полученных данных оператор может увеличивать напор подачи воды, в том числе с помощью регулирования открытия дроссельной задвижки 6. Одновременно с этим, при заданном типе пены, система подачи пенообразующего концентрата и система подачи воздуха автоматически меняют напор подачи пенообразующего концентрата и давления подаваемого воздуха. В соответствии с требуемыми параметрами оператор также может изменить напор подачи пенообразующего концентрата и давление подаваемого воздуха независимо от напора подаваемой воды.
В смесительной камере 1, куда поступает под давлением необходимое количество воды, пенообразующего концентрата и воздуха, происходит интенсивное борботирование, при котором указанные компоненты превращаются в готовую пену. Готовая пена из смесительной камеры 1 поступает в устройство 2 подачи пены в очаг пожара.
После использования мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом в режиме получения компрессионной пены указанная установка может быть промыта путем закрытия водяного крана 20, открытия крана 28 промывки, закрытия крана 8 подачи пенообразующего концентрата, и подачи воды с помощью насоса подачи воды (на фигуре не показан) под давлением через систему подачи пенообразующего концентрата до полной очистки от остатков пенообразующего концентрата. После чего, мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом может быть просушена путем закрытия трехходового крана 15, открытия крана 27 осушения, закрытия крана подачи воды (на фигуре не показан), открытия водяного крана 20, открытия крана 28 промывки, закрытия крана 8 подачи пенообразующего концентрата, и подачи воздуха с помощью компрессора 4 через обратный клапан 26 осушения, систему подачи воды и систему подачи пенообразующего концентрата, в том числе через открытые кран 9 для слива пенообразующего концентрата и кран 21 для слива воды, до их осушения.