АВТОНОМНЫЙ ГАЗОСТРУЙНЫЙ НАСОС
INDEPENDENT GAS JET PUMP

Изобретение относится к средствам нагнетания текучей среды (воздуха или др. газовых смесей и моногазовых веществ, или воды и др. жидкостей) струйного типа с применением особых инициирующих сред, а именно - к газоструйным насосам, предназначенным для использования в полевых условиях и чрезвычайных ситуациях.
Газоструйные вакуум-насосы давно используются, в частности, в пожарной технике. Многие газоструйные эжекционные насосы, входящие в состав пожарных машин и др. специальных самоходных средств с ДВС, в качестве источника инициирующей струи используют выхлопные газы [Пожарная техника: Учеб. Для пожарно-технич. Училищ. В 2 ч. Ч. 1. Пожарно-техническое оборудование / А.Ф. Иванов и др. - М.: Стройиздат, 1988. - 408 с. - С. 310-312; Варганов В.А. и др. Определение параметров вакуумных насосов пожарных машин // В сб. науч. трудов «Проблемы развития пожарной техники». - М.: ВНИИПО, 1986. - 164 с. - С. 45-46].
В то же время расширяется использование автономных пиротехнических устройств различного назначения. Известны, в частности, применяемые в пожарном деле автономные системы противопожарной и противовзрывной защиты, в которых в качестве исполнительных элементов используются взрывоподавляющие гидроимпульсные устройства с пирозарядами [Мешман A.M., Некрасов В.П., Попов Б.Г. Исследование баллистики взрывоподавляющих гидроимпульсных устройств // В сб. науч. трудов «Проблемы развития пожарной техники». - М.: ВНИИПО, 1986. - 164 с. - С. 140].
Близким аналогом из числа упомянутых устройств является автономный газоструйный вакуум-насос, содержащий корпус с элементами присоединения к всасывающе-нагнетательной магистрали, эжектор с соплом и источник инициирующей газовой струи под давлением [Добровольский А.А., Переслыцких Ф.Ф. Пожарная техника: Справочник. - К.: Технiка, 1981. - 240 с. - С. 162]. В нем источником инициирующей газовой струи служит система выхлопа основного двигателя (ДВС) транспортного средства (трактора). Такое устройство требует наличия ДВС, что сужает ее возможности как автономного устройства.
Потребность в заборе (перекачки) воды и др. жидкостей часто возникает в условиях отсутствия двигателей, топлива, электроэнергии и т.д., в частности в экстремальных условиях (область деятельности подразделений МЧС) и в полевых условиях мирного и военного времени (экспедиции, военные действия и т.д.).
Весьма близким аналогом заявляемого устройства по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков является автономный газоструйный насос, содержащий корпус с элементами присоединения к всасывающей магистрали, эжектор с соплом и источник инициирующей газовой струи под давлением, выполненный в виде пиротехнического устройства с пороховым зарядом и средством его (пиротехнического устройства) инициирования [FR, 2373700, М. Кл. F04F 5/20, 1978].
В нем, тем не менее, отсутствуют элементы присоединения к нагнетательной магистрали, что сужает технико-эксплуатационные возможности, а для многократного использования насоса требуется временное прекращение работы и замена пиротехнического устройства с пороховым зарядом, причем с ручной разборкой-сборкой. Другим недостатком следует считать выполнение пиротехнического устройства (включая пороховой заряд) специальной конструкции, не использование принципа унификации с крупносерийными изделиями, в частности боеприпасами. Последнее положение касается и резервов использования «подручных средств» иного назначения. Таким образом, известное устройство-прототип обладает недостаточно высокими технико-эксплуатационными и экономическими характеристиками.
Для устранения перечисленных недостатков устройства-аналога авторами устройства заявляемого был разработан автономный газоструйный насос, который по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков наиболее близок к заявляемому и, следовательно, может быть принят за ближайший аналог (прототип).
Он содержит корпус с элементами присоединения к всасывающей магистрали, эжектор по крайней мере с одним соплом и источник инициирующей газовой струи под давлением, выполненный в виде пиротехнического устройства с пороховыми зарядами и средством его инициирования, при этом корпус снабжен элементом присоединения к нагнетательной магистрали, а пороховые заряды выполнены в виде холостых патронов к огнестрельному стрелковому оружию [RU 2162550 С2, F04F 5/14, 27.01.2001].
В частных вариантах этого устройства предусмотрено огнестрельное стрелковое оружие, на корпусе установлено устройство присоединения упомянутого оружия с возможностью сообщения ствольной части и сопловых полостей, и, кроме того, предусмотрена возможность использования автоматического огнестрельного стрелкового оружия с возможностью стрельбы (инициирования) в режимах очередями и одиночными.
Однако и прототип, как показали последующие экспериментальные работы по реализации проекта, оказался еще недостаточно совершенным: даже при стрельбе очередью динамика (расход-давление) поступления пороховых газов непосредственно в сопло эжектора струйного насоса характеризуется чрезмерно выраженной неравномерностью по давлению, широким и быстрым «импульсным» изменением давления, что затрудняет формирование струи, благоприятной для реализации эжекционного эффекта. В результате, на практике не достигаются потребные технико-эксплуатационные характеристики насоса.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является улучшение технико-эксплуатационных характеристик автономного газоструйного насоса путем повышения равномерности расхода и давления пороховых газов в эжекторе и, соответственно, рост его КПД вследствие более эффективного эжекционного эффекта.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что автономный газоструйный насос, содержащий корпус с элементами присоединения к всасывающей и нагнетательной магистралям, эжектор по крайней мере с одним соплом и источник инициирующей газовой струи под давлением, выполненный в виде пиротехнического устройства с пороховыми зарядами, например, в виде холостых патронов к огнестрельному стрелковому оружию и средством его срабатывания, например упомянутым стрелковым оружием, временно присоединяемым к корпусу с возможностью сообщения ствольной части и сопловых полостей, дополнительно содержит ресивер с клапаном на входе, вентилем на выходе и устройством количественной оценки давления в ресивере, расположенный между соплом и источником инициирующей газовой струи под давлением.
Решение поставленной задачи обеспечивается также дополнительным признаком устройства: ресивер может быть снабжен усиленной теплоизоляцией его корпуса, например, выполнен с двойными стенками и/или с неметаллическим пористым кожухом (это позволяет, во-первых, предотвратить нагрев поверхности ресивера как составной части насоса высокотемпературными пороховыми газами до значений, могущих привести к ожогу рук пользователя, и, во-вторых, дольше сохранить работоспособность устройства после зарядки ресивера, поскольку быстрое остывание пороховых газов в ресивере сопровождается столь же быстрым падением их давления в ресивере).
Среди известных аналогичных устройств не обнаружены такие, совокупность существенных конструктивных признаков которых совпадала бы с заявленной и которые обладали бы таким же уровнем универсальности, автономности и равномерности давления и расхода пороховых газов в инициирующем потоке.
На фиг. 1 показана схема автономного газоструйного насоса (АН) со встроенным ресивером, вариант с источником инициирующей газовой струи (ИИГС) специального исполнения; на фиг. 2 - то же, вариант с автоматическим оружием в качестве ИИГС; на фиг. 3 - схема водозабора из открытого водоема с использованием АН; на фиг. 4 - схема водозабора с использованием насосной установки с основным насосом и с АН в качестве заливочного вакуум-насоса.
Автономный газоструйный насос содержит корпус 1 с элементами 2 и 3 (например, фланцевого типа) присоединения к всасывающей и нагнетательной магистралям соответственно, эжектор по крайней мере с одним соплом 4 и источник 5 инициирующей газовой струи (сплошные стрелки на фиг. 1) под давлением.
Источник 5, в общем случае, выполнен в виде пиротехнического устройства с пороховыми зарядами 6 и средством 7 инициирования (срабатывания) зарядов 6 (электрическим, механическим или др. из числа известных или создаваемых в будущем).
В частных случаях источник 5 может быть или специального исполнения со спецзарядами (см. фиг. 1), либо в виде серийно выпускаемого (в настоящем, прошедшем или будущем времени) огнестрельного стрелкового оружия (ружья, пистолета, автомата, пулемета и т.д. - см. фиг. 2) с входящими в комплектацию холостыми патронами (см. фиг. 1, 2).
При использовании огнестрельного оружия 5 в корпусе 1 предусмотрено устройство 8 его крепления с возможностью сообщения ствольной части оружия и сопловой полости (сопловых полостей при системе нескольких сопел 4) между собой (на фиг. 2 показано схематично). Устройство 8 несложно сделать универсальным - для различных видов (типов) оружия.
Предпочтителен вариант с использованием автоматического оружия (см. фиг. 2) с возможностью стрельбы (инициирования) в режимах одиночными и очередями.
В любом из описанных вариантов, различающихся конкретным исполнением (выбором) пиротехнического устройства, насос дополнительно содержит ресивер 9 с клапаном 10 на входе, вентилем 11 на выходе и устройством (прибором) 12 количественной оценки давления в ресивере 9 (как правило, статического давления в его полости - например, стрелочный или цифровой манометр), расположенный между соплом 4 и источником 5 инициирующей газовой струи под давлением.
В наиболее рациональном рекомендуемом варианте выполнения насоса ресивер в нем снабжен усиленной теплоизоляцией его корпуса, например, выполнен с двойными стенками и/или с неметаллическим пористым кожухом (на фигурах не показано в связи с достаточностью словесного описания для инженеров в данной области знаний).
В первом приведенном примере заявленный насос используют в качестве основного (единственного) насоса (см. фиг. 3). При этом он подключен посредством элемента 2 к всасывающей магистрали 13 (трубе, рукаву) с заборным фильтром 14, погружаемыми в открытый водоем (резервуар), и нагнетательную магистраль 15 (трубу, резервуар).
Во втором приведенном примере заявленный насос используют в качестве заливочного вакуум-насоса для улучшения условий работы основного насоса 16 необъемного вытеснения (см. фиг. 4). При этом он подключен не последовательно, как в первом случае, а параллельно. Позицией 17 обозначена напорная задвижка.
Возможны другие варианты конкретного выполнения устройства в рамках заявленной совокупности существенных конструктивных признаков. Устройство работает следующим образом.
Автономный газоструйный насос 1 предварительно присоединяют посредством элементов 2, 3 к системе 9-11 (см. фиг. 3) или 9-13 (см. фиг. 4). Рекомендуется, особенно при использовании стрелкового оружия в качестве источника 5, раздельный монтаж корпуса 1 и (после его установки) - источника 5, который по завершении работы демонтируют и хранят отдельно.
Началом собственно работы устройства является приведение в действие средства 7 инициирования зарядов 6 (при использовании оружия - обычным спуском курка или нажатием кнопки).
При срабатывании спецзарядов или холостых патронов пороховые газы под давлением поступают через клапан 10 в ресивер 9 при предварительно закрытом вентиле 11. Контролируют давление газов в ресивере 9 по показаниям устройства (прибора) 12. При достижении «порогового» давления (в зависимости от особенностей типоразмера насоса и конкретных условий его эксплуатации) открывают вентиль 11. Пороховые газы под давлением устремляются из полости ресивера 9 через открытый вентиль 11 в полость сопла 4 и из него - в полость корпуса 1, являющуюся продолжением полости всасывающей магистрали (трубы, рукава) 9.
При наличии развитой теплоизоляции корпуса (стенок) ресивера 9 теплопередача от горячих пороховых газов в окружающую среду (атмосферу) всеми ее видами (теплопроводностью, излучением и конвекцией) существенно понижена, в связи с чем давление газов в ресивере при закрытом вентиле 11 снижается медленнее, а при работе насоса (т.е. при открытом клапане 11) уменьшается, при прочих равных условиях, менее интенсивно.
В остальном работа по схеме фиг. 3, 4 не отличается от прототипа и др. известных аналогов: за счет эжекционного эффекта в полостях корпуса 1 и магистрали 13 создается разрежение (вакуум) и жидкость из водоема (резервуара) засасывается в область разрежения.
С прекращением (или с предельным уменьшением эффективности, или еще до такового «в запас») эжекционного действия первой «порции» пороховых газов производят пополнение ресивера 9 следующим срабатыванием источника 5 в ручном или автоматическом режимах.
Выбор конкретных параметров (калибр патронов, интенсивность инициирования, величина «порогового» давления и т.д.) зависит от конкретных условий эксплуатации, назначения и конструктивных параметров в целом.
Использование изобретения позволяет в полевых условиях и чрезвычайных ситуациях (при отсутствии источников электроэнергии, топлива и т.д.) производить откачку (перекачку) воздуха и др. газовых смесей и моногазовых веществ, или воды и др. жидкостей, в частности, с использованием табельного (штатного) боевого оружия подразделений МЧС и охотничьего оружия экспедиций с большей эффективностью. Тем самым решается поставленная задача: улучшаются технико-эксплуатационные характеристики автономного газоструйного насоса.