ПОЖАРНЫЙ АВТОМОБИЛЬ И ПЕНОГЕНЕРАТОР
FIRE TRUCK AND FOAM GENERATOR

Изобретение относится к противопожарной технике а именно - к противопожарным наземным транспортным средствам для тушения пожаров твердых горючих материалов (ТГМ) путем пенного пожаротушения.
Ежегодно происходят сотни тысяч пожаров, ущерб от которых превышает сотни миллиардов долларов. Более 90% от общего числа пожаров - это пожары ТГМ. Более 90% пожаров ТГМ в мире тушат водой, и чаще всего тушат недостаточно эффективно.
При любом способе тушения пожаров ТГМ водой более 90% воды, подаваемой на тушение, пропадает зря, т.к. вода стекает с поверхности ТГМ быстрее, чем успевают реализоваться ее огнетушащие (охлаждающие) свойства. Более того, излишне пролитая вода при тушении пожаров ТГМ, особенно на внутренних пожарах в зданиях, а тем более - в многоэтажных зданиях, наносит дополнительный ущерб, нередко превышающий ущерб от самого пожара. Вот почему пожары ТГМ водой во всем мире тушат недостаточно эффективно.
В последнее время в качестве огнетушащего средства используется быстротвердеющая пена (БТП) с особыми свойствами, огнетушащая эффективность которой при испытаниях по ГОСТу в 50 раз выше эффективности воды.
Особенность ее реологических свойств состоит в том, что в течение нескольких секунд после контакта с поверхностью всех видов ТГМ она остается жидкотекучей с повышенными адгезионными свойствами. Это позволяет ей покрывать относительно равномерным слоем все, в том числе труднодоступные поверхности ТГМ; в течение следующих 2х-3х секунд пена постепенно загущается и благодаря высокой адгезии удерживается слоем толщиной 1-1,5 см даже на вертикальных и потолочных поверхностях, а в следующие несколько секунд пена затвердевает, покрывая все защищаемые поверхности ТГМ теплозащитным, огнестойким слоем негорючей пены.
При этом в процессе тушения пена обладает высокой охлаждающей способностью, приобретая одновременно теплозащитные и изолирующие свойства, что особенно важно при тушении пожаров ТГМ. А углекислый газ, выделяющийся в процессе незначительного разрушения пены, дополнительно усиливает эффект тушения пожара.
По природе своей быстротвердеющая пена является двухкомпонентной газожидкостной системой, переходящей в твердое состояние, а то, что генерация пены происходит в стволе-пеногенераторе под давлением отверждающего ее газа, делает ее компрессионной пеной.
Известна 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, трубопровод подачи воды, соединяющий насос подачи воды и смесительную камеру, снабжен расходомером воды, дроссельной задвижкой с электроприводом и обратным клапаном, 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.- RU 2663398 С1, 2018 г.
Недостаток известной мобильной установки состоит в ее сложности: для подачи необходимого количества пенообразующего концентрата с необходимым напором, нужен пенный насос для подачи из резервуара пенообразующего концентрата через обратный клапан в смесительную камеру, а также - электронный блок управления системой подачи пенообразующего концентрата, который управляет работой регулируемого гидравлического насоса гидравлической трансмиссии привода, приводящего в движение нерегулируемый гидромотор, являющийся приводом пенного насоса.
Плотность компрессионной пены, подаваемой по рукавам или по трубопроводам в стационарных системах пожаротушения, зависит от давления в рукавах или трубопроводах, от потерь давления из-за гидравлического сопротивления системы подачи пены от места ее генерации к объекту тушения пожара, а также - от пьезометрического давления при подаче пены на высоту. А от плотности огнетушащей пены в сильной степени зависит ее огнетушащая эффективность.
Сложность управления подачей огнетушащей пены и потеря ею плотности в процессе транспортировки по рукавам или по трубопроводам является причиной неэффективного применения установки при пожаротушении в зданиях повышенной этажности.
В связи с указанными недостатками, техническая задача, решаемая с помощью изобретения, заключается в упрощении системы подачи компонентов огнетушащего средства (компрессионной пены) от пожарной машины в очаг пожара путем создания такой схемы подвода составляющих компрессионной пены и особой конструкции пеногенератора, которые позволяют генерировать компрессионную пену вблизи очага пожара, в том числе - для использования в тушении пожаров при подаче огнетушащего средства (ОС) на двадцатый и даже - на тридцатый этаж; возможность использования четырех режимов пожаротушения: пенное тушение, газовое тушение, тушение водным раствором пенообразователя (тушение водным раствором со смачивателем), комбинированное газо-пенное тушение.
Техническая задача решена пожарным автомобилем, содержащем базовое шасси, устройство подачи воздуха и баллон раствора пенообразователя, связанный с устройством подачи пены в очаг пожара для генерации быстротвердеющей компрессионной пены, при этом, система генерации быстротвердеющей компрессионной пены, совместно с устройством подачи пены в очаг пожара, представлена в виде модульных блоков, выполненных с возможностью установки их на кузове автомобиля и содержащих каждый блок - устройство подачи воздуха в виде баллона со сжатым воздухом, через канал подачи связанный с баллоном раствора пенообразователя, содержащего шаровой пыж из упругого материала, плавающий на поверхности раствора, дополнительный баллон со сжатым газом, канал выпуска которого, также как и канал выпуска баллона раствора пенообразователя, соединены каждый, через один из соответствующих спаренных рукавов высокого давления рукавной линии, с устройством подачи пены в очаг пожара, выполненным в виде пеногенератора.
Предлагаются частные исполнения предпочтительного варианта пожарного автомобиля, заключающиеся в следующем:
- на входе канала подачи баллона со сжатым воздухом и входе канала выпуска баллона со сжатым газом установлены соответствующие запорное устройство и редуктор;
- каждый из выходов каналов выпуска баллона раствора пенообразователя и выпуска баллона со сжатым газом соединен с соответствующим входом одного из спаренных рукавов высокого давления рукавной линии через соответствующее запорное устройство;
- каждый из выходов спаренных рукавов высокого давления рукавной линии соединен с пеногенератором через соответствующее запорное устройство;
- в качестве базового шасси использован номенклатурный ряд автомобилей различной грузоподъемности, в кузов которых устанавливается соответствующее количество модульных блоков;
- количество модульных блоков, в зависимости от требуемой мощности, увеличивают до двадцати;
- диаметр шарового пыжа из упругого материала на поверхности пенообразователя соотносится с диаметром рукава высокого давления, соединенного с баллоном пенообразователя;
- подача пены из пеногенератора осуществляется на границу распространения пожара, на поверхность горючего материала, перед фронтом пламени;
- запорные устройства выходов спаренных рукавов высокого давления рукавной линии, соединенные с пеногенератором, в совместной или поочередной работе организуют три режима тушения пожара: пенное тушение, газовое тушение, тушение водным раствором пенообразователя;
- при совместной работе запорных устройств выходов спаренных рукавов высокого давления рукавной линии, соединенной с пеногенератором одного модульного блока, и одновременной работе одного запорного устройства выхода рукавной линии, связанной с каналом выпуска баллона со сжатым газом другого модульного блока, соединенного с соответствующим пеногенератором, организуется комбинированный режим тушения пожара.
Пожарный автомобиль поясняется рисунками, где на фиг. 1 (а, б) показано размещение модульных блоков пожаротушения в кузове автомобиля, на фиг. 2 (а, б) - комплект оборудования модульного блока, на фиг. 3 (а, б, в) показана схема работы (вытеснения раствора пенообразователя из баллона) шарового пыжа.
В качестве базового шасси для предлагаемого пожарного автомобиля можно использовать номенклатурный ряд автомобилей различной грузоподъемности, в кузов которых устанавливается соответствующее количество модульных блоков.
Систему пожаротушения можно комплектовать из отдельных универсальных блоков, емкостью по 200 литров раствора, весом 420 кг. Собирая их на платформе автомобиля в любом количестве, от одного до двадцати, по усмотрению конструктора автомобиля. И даже в оперативном порядке, при постановке машины в боевой расчет.
Пожарный автомобиль 1 по фиг. 1 (а, б) содержит базовое шасси, в кузове 2 которого размещена система генерации быстротвердеющей компрессионной пены, которая, совместно с устройством подачи пены в очаг пожара, состоит из модульных блоков: на фиг. 1, б показано размещение трех модульных блоков 3, 4, 5. В кузове 2 автомобиля 1 также содержится комплект 6 вспомогательного оборудования.
Каждый модульный блок 3-5, показанный на фиг. 2 (а, б), состоит из следующего основного оборудования: баллона 7 раствора пенообразователя, устройства подачи воздуха в виде баллона 8 со сжатым воздухом, баллона 9 со сжатым газом, спаренных рукавов 10 высокого давления рукавной линии, устройства подачи пены в очаг пожара, выполненное в виде пеногенератора 11.
На входе канала подачи 12 баллона 8 со сжатым воздухом установлены запорное устройство 13 и редуктор 14.
На входе канала выпуска 15 баллона 9 со сжатым газом установлены запорное устройство 16 и редуктор 17.
Выход канала выпуска 18 баллона 7 раствора пенообразователя соединен со входом одного из спаренных рукавов 10 высокого давления рукавной линии через Выход канала выпуска 18 баллона 7 Выход канала выпуска 18 баллона 7 запорное устройство 19.
Выход канала выпуска 15 баллона 9 со сжатым газом соединен со входом одного из спаренных рукавов 10 через запорное устройство 20.
Каждый из выходов спаренных рукавов 10 соединен с пеногенератором 11 через соответствующее запорное устройство 21, 22.
Автомобиль 1 может быть оснащен блоком дистанционного управления (не показан), выполненным с функцией подачи управляющего сигнала на все запорные устройства.
Баллон 7 раствора пенообразователя содержит шаровой пыж 23 из упругого материала, плавающий на поверхности раствора; диаметр шарового пыжа 23 соотносится с диаметром канала выпуска 18 раствора пенообразователя.
Пожаротушение с помощью пожарного автомобиля 1 с модульными блоками 3-5 пожаротушения осуществляется следующим образом.
По прибытии к месту пожара руководитель тушения пожара (РТП) расставляет 3-х бойцов - ствольщиков по фронту распространения пожара; все трое бойцов, размотав рукавные линии, со стволами (пеногенераторами) в руках, располагаются на боевой позиции; РТП отдает команду на тушение пожара: определяет, скольким бойцам подавать ОС (пену) на тушение пожара.
Все операции по управлению системой подачи ОС могут выполняться оператором вручную, из кузова 2 пожарной машины 1 или дистанционно, из кабины водителя. Тогда все запорные устройства 13, 16, 19, 20, 21, 22 снабжаются блоком дистанционного управления, по отдельному требованию Заказчика.
Водитель пожарной машины, он же оператор системы подачи ОС - пены, открывает запорное устройство 13 на входе канала подачи 12 баллона 8 со сжатым воздухом и запорное устройство 16 на входе канала выпуска 15 баллона 9 со сжатым газом. С помощью редукторов 14 и 17 устанавливает рабочее давление: и 7-15 атм - для сжатого воздуха и 6-8 атм - для сжатого газа, соответствующее объекту и боевой обстановке.
В пеногенератор 11 специальной конструкции для создания компрессионной пены компоненты смеси подают раздельно по спаренным рукавам 10 высокого давления. При этом открывают запорное устройство 19 канала выпуска 18 баллона 7 раствора пенообразователя, и запорное устройство 16 канала выпуска 15 баллона 9 со сжатым газом 10 через редуктор 17 и открытые запорные устройства 21, 22.
Сжатый газ (например, углекислый) подают под давлением собственных паров упругости в баллоне 9, а раствор пенообразователя - по вытеснительной схеме под давлением сжатого воздуха из баллона 8.
По команде РТП о начале тушения пожара, по достижении необходимого давления в рукавах 10, регистрируемого манометрами (не показаны), ствольщики начинают процесс тушения пожара, управляя подачей пены на очаг горения. При этом подача пены из пеногенератора 11 осуществляется на границу распространения пожара, на поверхность горючего материала, перед фронтом пламени. В таком случае эффективность тушения будет высокой, т.к. позволяет снизить потери пены от ее разрушения.
Предложенная конструкция спарки рукавов 10 позволяет использовать их как единый рукав, что особенно важно в тактическом применении в боевой обстановке. Это позволяет решить задачу использования рукавных линий практически любой требуемой длины (до 140 метров и более).
В баллоне 7 с раствором пенообразователя на его поверхности свободно плавает легкий шарик - шаровой пыж 23 из упругого материала, например, резиновый мячик, диаметром, соотносящимся (чуть меньше) с диаметром канала выпуска 18 раствора пенообразователя (фиг. 3а). В течение всего процесса вытеснения раствора пенообразователя из баллона 7 давлением сжатого воздуха через канал подачи 12 от баллона 8 со сжатым воздухом, шаровой пыж 23 свободно плавает по поверхности раствора, опускаясь вместе с ним к коническому дну баллона 7. В конце процесса вытекания раствора пенообразователя шаровой пыж 23 по коническому дну баллона 7 попадает в нижнюю горловину его дна (фиг. 3б). Последние порции раствора, продолжающего вытекать из баллона 7, давлением сжатого воздуха попадают в - в канал выпуска 18. Шаровой пыж 23, продвигаясь по каналу выпуска 18, вытесняет из него раствор пенообразователя, препятствуя его смешению с выталкивающим его воздухом (фиг. 3в). Таким образом, шаровой пыж решает одновременно две задачи: обеспечивает полное вытеснение раствора пенообразователя из рукава (а это более 35% всего запаса раствора), и исключает турбулентное перемешивание сжатого воздуха с раствором пенообразователя в пожарном рукаве, т.е. препятствует образованию в нем воздушно-механической пены (ВМП), что особенно опасно при тушении пожара в многоэтажных зданиях, где велика протяженность вертикально расположенных пожарных рукавов.
В зависимости от совместной или поочередной работы запорных устройств 21, 22 спаренных рукавов 10 разных модульных блоков 3, 4 или 5, соединенных с соответствующими пеногенераторами 11, можно организовать четыре режима тушения пожара: пенное тушение, газовое тушение, тушение водным раствором пенообразователя, т.е. тушение водным раствором со смачивателем и комбинированное тушение.
При пенном тушении открыты оба запорных устройства 21, 22, через которые осуществляется подача на ствол-пеногенератор 11 сжатого газа от баллона 9 и раствора пенообразователя - от баллона 7. Этот режим - для всех видов пожаров ТГМ.
В процессе пенного тушения важна подача пены не в очаг пожара, не в зону пламени, а на границу его распространения, на поверхность горючего материала, перед фронтом пламени, что позволяет еще больше снизить потери пены от ее разрушения.
При газовом тушении открыто запорное устройство 16, через которое осуществляется подача на ствол-пеногенератор 11 сжатого газа от баллона 9; при этом запорное устройство 21 от баллона 7 с раствором пенообразователя закрыто. Этот режим применяют на объектах, где пена недопустима, например, пожары трансформаторов, кабелей, двигателей или генераторов под высоким напряжением;
При тушении водным раствором со смачивателем открыто запорное устройство 21, через которое осуществляется подача на ствол-пеногенератор 11 водного раствора пенообразователя от баллона 7; при этом запорное устройство 22 от баллона 8 со сжатым газом закрыто.
Этот режим применяют при тушении лесных пожаров, ушедших под землю, в толщу слежавшейся лесной подстилки (ее толщина 30-50 см и более, и обычной водой так глубоко добраться трудно); тушат эндогенные (подземные) лесные пожары, возникающие в жаркую погоду по механизму самовозгорания, подземного тления; торфяные (подземные) пожары, длящиеся иногда месяцами и не поддающиеся тушению водой; пожары на городских холодильниках и в складах Росрезерва, где теплоизоляция стен и перекрытий выполнена из торфоплит, которые почти невозможно тушить обычной водой, и некоторые другие пожары ТГМ.
При комбинированном тушении открыты оба запорных устройства 21, 22 модульного блока 3 для подачи на свой пеногенератор 11 водного раствора пенообразователя от баллона 7 и сжатого газа - от баллона 9; одновременно открыто запорное устройство 22 модульного блока 4, через которое осуществляется подача на свой пеногенератор 11 сжатого газа от баллона 9; при этом запорное устройство 21 модульного блока 4 от баллона 7 с раствором пенообразователя закрыто. Этот режим применяют на особо сложных объектах, где это необходимо.
По окончании тушения в любом из режимов, ствольщики перекрывают запорные устройства 21, 22 на спаренных рукавах 10 модульных блоков 3, 4, а оператор перекрывает запорное устройство 19 подачи раствора пенообразователя и запорное устройство 16 подачи сжатого газа в спаренные рукава 10.
Предлагаемый пеногенератор для использования в пожарном автомобиле с модульными блоками представляет собой оригинальную конструкцию, в которой завершается процесс производства газонаполненной пены, подаваемой в очаг пожара.
Известно устройство для получения самовспенивающейся газонаполненной пены, включающее в себя герметичную емкость, газогенерирующее устройство с твердотопливным зарядом, систему трубопроводов и подающих патрубков, газогенерирующее устройство снабжено зарядом аэрозолеобразующего состава, установлено в верхней части емкости и снабжено газоводной трубой с наружным теплозащитным покрытием, в нижней части газоводной трубы установлен конический рассекатель аэрозольных продуктов горения заряда с радиальными отверстиями, обеспечивающими истечение их в нижнюю часть емкости и барботаж раствора пенообразователя с насыщением раствора огнетушащим аэрозолем, а генератор газогенерирующего устройства выполнен в виде комплекта генераторов аэрозоля, состоящего из двух или более генераторов, имеющих отдельные камеры сгорания с газоводными трубами и включаемых одновременно, последовательно или группами в соответствии с требуемой интенсивностью подачи раствора пенообразователя на очаг горения - RU 2622815 С1, 2017 г.
Аналогичное устройство получения самовспенивающейся газонаполненной пены содержится в патенте RU 2678257 С1, 2019 г.
Однако эти устройства не могут быть применены в предлагаемом пожарном автомобиле с модульными блоками, поскольку их конструкция позволяет работать сравнительно небольшое (ограниченное) время - не более 30-50 секунд, что намного меньше требуемого времени работы пеногенерирующими системами: время подачи пены, время тушения пожара - 3-4 минуты и более. Недостаток аналогов заключается также в невозможности остановки процесса генерации и подачи пены по условиям боевой работы и требованиям технологии процесса тушения пожара, последующего многократного его продолжения, по ходу тушения пожара. То есть, невозможность управления процессом и режимом подачи огнетушащих средств на тушение реальных пожаров, как того требует технология их тушения (особенно - пожаров ТГМ).
За наиболее близкий аналог изобретения можно принять напорную пеногенераторную установку, содержащую корпус с диффузорной и конфузорной частями на магистральный трубопровод, форкамеру, имеющую днище с распылителями для образования воздушного потока и размещенную в корпусе форсунку для подачи пенообразующего раствора на пакет сеток, материальные рукава для подачи на пеногенератор сжатого газа, воды и пенообразователя, при этом диффузорная часть корпуса, подсоединяемая на пенопровод, снабжена диффузорным переходником с условным проходом пенопровода со 150 мм на условный проход 100 мм, а каждый из рукавов материальных трубопроводов имеют регулируемые расходные краны подачи компонентов с манометрами контроля для газовой и жидкостной фаз и рабочим давлением пены на напорной установке - RU 82769 U1, 2009 г.
Это устройство не может быть применено в предлагаемом пожарном автомобиле с модульными блоками, поскольку оно является относительно сложным и весогабаритным.
Кроме того, его конструкция выполнена для производства пены кратностью не менее Кп=100, при том что для осуществления назначения предлагаемой пожарной машины требуются пены кратностью Кп=10-30.
В связи с этим, техническая задача, решаемая с помощью изобретения, заключается в создании относительно простого ручного устройства для применения ствольщиками при тушении пожаров ТГМ, в том числе - в зданиях повышенной этажности.
Эта задача решена в пеногенераторе, содержащем корпус с подводами компонентов компрессионной пены через две линии с запорными устройствами, распределительную форсунку на входе корпуса, камеру смешения под давлением компонентов компрессионной пены, выполненную цилиндрической, набор пенообразующих сеток и конфузор - на их выходе, при этом сужающийся выходной канал конфузора переходит в цилиндрический ствол формирования пенной струи.
Частные исполнения устройства могут иметь следующие признаки:
- два рукава с подводами компонентов компрессионной пены спарены в единую рукавную линию до их подсоединения к соответствующим запорным устройствам;
- дополнение рукояткой, закрепленной на корпусе.
На фиг. 4 приведена схема пеногенератора.
Пеногенератор 11 содержит корпус 24 с подводами компонентов компрессионной пены через два рукава 25, 26 с запорными устройствами 21, 22, распределительную форсунку 27 на входе корпуса 24, цилиндрическую камеру смешения 28 под давлением компонентов компрессионной пены, набор пенообразующих сеток 29 и конфузор 30 с сужающимся выходным каналом, переходящим в цилиндрический ствол 31 формирования потока 32 компрессионной пены. На корпусе 24 закреплена рукоятка 33.
Два рукава 25, 26 пеногенератора 11 при использовании в модульных блоках 3, 4, 5 пожарного автомобиля 1 и предназначенные для подвода компонентов компрессионной пены, выполняются спаренными в единую рукавную линию до их подсоединения к соответствующим запорным устройствам 21, 22.
Работа пеногенератора осуществляется следующим образом.
При открывании запорных устройств 21, 22 на двух рукавах 25, 26, раствор пенообразователя под давлением и сжатый газ поступают на распределительную форсунку 27 на входе корпуса 24 пеногенератора.
В цилиндрической камере смешения 28 оба компонента смешиваются, и в виде распыленного раствора подаются на набор пенообразующих сеток 29. Газ сдувает с сеток 29 пленки раствора и, образуя пузырьки, создает поток 32 компрессионной пены, ускоряемый в конфузоре 30 и формируемый в цилиндрической камере смешения 28.
Сжатый газ обеспечивает генерацию компрессионной пены, кратность которой определяется только расходом газа и конструкцией пеногенератора, как и дальность подачи пенной струи.
Предлагаемая относительно простая конструкция пеногенератора небольших габаритов и большой практической надежности, совместно со спаренными в единую рукавную линию рукавами, позволяет решить задачу использования рукавных линий практически любой требуемой длины (до 140 метров и более). А главное - позволяет обеспечить стабильность и повторяемость параметров генерируемой компрессионной пены.
Применение предлагаемой системы тушения пожаров, представленной в виде пожарного автомобиля с модульными блоками пожаротушения и устройства - пеногенератора, позволяет получить ряд преимуществ, заключающихся в следующем:
- возможность подачи ОС на 20-й и даже на 30-й этаж (что в 2 -3 раза выше, чем при подаче воды от обычных пожарных автомобилей) по причине особенности схемы подвода составляющих компрессионной пены и конструкции пеногенератора, которые позволяют генерировать компрессионную пену без потерь давления в подводящих рукавах или трубопроводах, т.е. генерировать ее непосредственно вблизи очага пожара;
- при расположении пожарного автомобиля в 100-140 метрах от очага возгорания, не нужно гнать пену по трубам, т.к. она образуется непосредственно в пеногенераторе, находящемся в руках пожарного в месте тушения пожара;
- высокая скорость тушения пожара (в три раза выше, чем при тушении водой), что особенно важно при тушении с одновременным спасанием жертв пожара;
- практически полное отсутствие проблем залива смежных помещений и нижних этажей в процессе тушения пожара;
- значительно меньших требуемых запасах и расходах огнетушащего средства (в 5-10 раз меньше, чем при тушении водой);
- меньшем времени тушения при меньших требуемых силах и средствах на тушение пожара;
- возможность использования трех режимов пожаротушения: пенное тушение, газовое тушение, комбинированное газо-пенное тушение, что позволяет использовать изобретение при пожарах на различных объектах;
- экономический эффект изобретения связан со значительным удешевлением всей системы тушения, в который можно включить отсутствие насоса. Цена предлагаемого автомобиля в 2-3 раза ниже цены основного пожарного автомобиля МЧС России.