Комплексная установка для тушения пожара
COMPLEX PLANT FOR FIRE EXTINGUISHING

Изобретение относится к противопожарной и аварийно-спасательной технике для тушения пожаров и предназначено для создания струи воды, обладающей большой эффективностью действия, а также для обеспечения сжатым воздухом аварийно-спасательного оборудования.
Из уровня техники известен пожарно-спасательный комплекс (патент РФ №2191612, МПК А62С 27/00, опубл. 27.10.2002 г.), содержащий автомобиль с цистерной с огнегасящим веществом, подъемное устройство, прицеп, укомплектованный спасательными матами, лестницей и ременными стяжками, и установленный на автомобиле компрессор для подкачки надувных спасательных матов, труба с распределительным устройством к трем пожарным стволам, закрепленным на управляемых подвижных платформах, размещенных на общем кронштейне, к которому дополнительно прикреплена консоль с видеокамерой наблюдения и прожектором освещения.
Недостатком данного пожарно-спасательного комплекса является ограниченная область тушения пожара и малая эффективность воздействия огнетушащего состава на источник возгорания.
Известна установка для тушения пожара и узел формирования газожидкостной смеси (патент РФ №68906, МПК А62С 35/00, опубл. 10.12.2007 г.), содержащая емкость с огнетушащей жидкостью, емкость с рабочим газом, запорно-пусковое устройство, питающий трубопровод, соединенный с оросителями, установленными в защищаемом помещении, сифонную трубку, входной конец которой опущен в емкость с огнетушащей жидкостью, и узел формирования газожидкостной смеси, выполненный в виде переходника, притом в переходнике расположены имеющие цилиндрическую форму входная камера, камера смешивания и выходная камера, оси которых расположены в одной плоскости, при этом оси входной камеры и камеры смешивания параллельны друг другу, камера смешивания сообщена с выходной камерой и посредством первого отверстия сообщена с входной камерой, которая посредством второго отверстия сообщена с емкостью с огнетушащей жидкостью, узел формирования газожидкостной смеси герметично закреплен в горловине емкости с огнетушащей жидкостью, к камере смешивания со стороны емкости с огнетушащей жидкостью прикреплен выходной конец сифонной трубки, входная камера герметично соединена посредством газового шланга с емкостью с рабочим газом, выходная камера герметично соединена с входным концом питающего трубопровода.
Узел формирования газожидкостной смеси установки для тушения пожара выполнен в виде переходника, в котором расположены имеющие цилиндрическую форму входная камера, камера смешивания и выходная камера, оси которых расположены в одной плоскости, при этом оси входной камеры и камеры смешивания параллельны друг другу, камера смешивания сообщена с выходной камерой и посредством первого отверстия сообщена с входной камерой, которая имеет второе отверстие для сообщения с емкостью с огнетушащей жидкостью.
Недостатком данной стационарной установки для тушения пожара является ограниченная область ее применения и сложность выполнения узла формирования газожидкостной смеси.
Известна плавучая установка для пожаротушения (патент РФ №2130794, МПК А62С 29/00, опубл. 27.05.1999 г.), содержащая плавучее средство, насос с приводом, средство для создания направленного потока жидкости, водозаборное устройство и трубопроводы, компрессор. Средство для создания направленного потока жидкости выполнено в виде газодинамического сопла, вход которого соединен с камерой смешения жидкости и воздуха, снабженной приспособлением для диспергирования потока жидкости, при этом камера смещения соединена через трубопроводы с нагнетательными полостями соответственно насоса и компрессора.
Недостатком данной плавучей установки для пожаротушения является ограниченная область ее применения и сложность выполнения камеры смешения.
Известна комплексная установка для пожарно-спасательного автомобиля (патент РФ №147641, МПК А62С 27/00, опубл. 10.11.2014 г.), содержащая двойную коробку отбора мощности, управляемую муфту сцепления для водной линии, соединенную первым карданным валом с насосом, связанным через первый вентиль и дозирующее устройство с пенобаком, имеющим заливную горловину, и через второй вентиль и фильтр забора воды с цистерной, заливная горловина которой имеет заправочный фильтр, оборудованный первым манометром. Выход насоса соединен через второй манометр и обратный клапан со смесителем потока, представляющим собой два коаксиально размещенных цилиндра, из которых наружный цилиндр для подачи воздуха выполнен сплошным, а внутренний цилиндр для подачи воды выполнен с перфорацией, а на торцах обоих установлены перфорированные фланцы, причем смеситель оборудован третьим манометром и связан через узел разветвления с третьим вентилем и со стационарной рукавной линией, соединенной со стационарным лафетным стволом, а также с четвертым вентилем и с магистральной рукавной линией, которая через тройник связана с рабочей рукавной линией, соединенной с как минимум одним ручным стволом и как минимум одним переносным лафетным стволом, управляемую муфту сцепления для воздушной линии, соединенную вторым карданным валом с компрессором и воздушным фильтром, а также с воздухозаборником, причем компрессор через четвертый манометр связан с ресивером, к которому с одной стороны через воздушный вентиль подсоединено аварийно-спасательное оборудование, а с другой стороны ресивер через обратный клапан связан со смесителем потока.
Недостатком данной комплексной установки является сложное конструктивное выполнение вследствие наличия двойной коробки отбора мощности, удлиненных карданных валов и ременных передач, рукавов высокого давления и специальных стволов, а также недостаточная эффективность смесительного устройства, приводящая к большому расходу воды.
Задачей изобретения является упрощение конструкции комплексной установки для тушения пожара, а также облегчение работы пожарных.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является повышение эффективности пожаротушения за счет уменьшения расхода воды посредством создания в смесителе потоков мелкодисперсной водовоздушной смеси, а также за счет возможности ликвидации очагов возгорания одновременно на нескольких удаленных и труднодоступных очагах возгорания.
Указанный технический результат достигается комплексной установкой для тушения пожара, содержащей приводной механизм, соединенный через управляемую муфту сцепления с двухпоточным гидронасосом, связанным с гидробаком и соединенным по жидкостной линии с гидромотором привода водяного насоса, соединенного последовательно через обратный клапан, первый вентиль, дозирующее устройство и дополнительный электронасос с пенобаком, имеющим заливную горловину, а через второй вентиль и фильтр забора воды соединенного с водяной цистерной, оборудованной первым манометром, заливная горловина которой имеет заправочный фильтр, а выход водяного насоса соединен последовательно через второй манометр, третий вентиль, обратный клапан, водяной регулятор потока, и четвертый вентиль со смесителем потоков, представляющим собой три коаксиально расположенных цилиндра, на торцах которых установлены входной и выходной перфорированные фланцы, при этом внешний цилиндр выполнен сплошным, внутренний цилиндр для подачи воды выполнен с перфорацией, а средний цилиндр для подачи воздуха также выполнен с перфорацией с возможностью перетока потоков воды и воздуха и образования мелкодисперсной водовоздушной смеси при проходе через выходной перфорированный фланец, причем между внутренним и средним цилиндрами образован первый контур для смешения потоков, а между средним и внешним цилиндрами образован второй контур для смешения потоков, при этом смеситель потоков оборудован конусным соплом для увеличения скорости выходного потока и последовательно связан по стационарной рукавной линии через флажковую задвижку со стационарным лафетным стволом, а также с гребенкой, оборудованной тремя задвижками с первыми резьбовыми головками, имеющими крышки, с возможностью соединения каждой из них с трехходовым разветвителем, подсоединенным к рабочим рукавным линиям, к которым подсоединен как минимум один переносной лафетный ствол и как минимум один переносной ручной ствол, а также подсоединенным через задвижку и вторую резьбовую головку, имеющую крышку и оборудованную первым четырехходовым разветвителем, каждый из выходов которого соединен посредством первой магистральной рукавной линии с трехходовым разветвителем с возможностью соединения его с рабочими рукавными линиями, соединенными с как минимум одним переносным лафетным стволом и как минимум одним переносным ручным стволом, а двухпоточный гидронасос соединен по воздушной линии с гидромотором привода воздушного компрессора, воздушным фильтром и воздухозаборником, при этом воздушный компрессор через третий манометр связан с ресивером, к которому с одной стороны через второй воздушный вентиль подсоединено аварийно-спасательное оборудование, а с другой стороны ресивер через третий воздушный вентиль, обратный клапан и воздушный регулятор потока связан со смесителем потока.
Согласно изобретению ко второй резьбовой головке может быть подсоединен посредством второй магистральной рукавной линии второй четырехходовой разветвитель, каждый из выходов которого соединен посредством рабочей рукавной линии с как минимум одним переносным лафетным стволом и (или) как минимум одним переносным ручным стволом.
Согласно изобретению аварийно-спасательное оборудование включает отбойный молоток, пневмоножницы, дрель и другое пневмооборудовавние, а также надувной спасательный мат.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена функциональная схема установки и на фиг. 2 изображено продольное сечение смесителя потоков.
Комплексная установка для тушения пожара (фиг. 1) содержит приводной механизм 1, соединенный через управляемую муфту сцепления 2 с двухпоточным гидронасосом 3, связанным с гидробаком 4 и соединенным по жидкостной линии с гидромотором 5 привода водяного насоса 6, соединенного последовательно через обратный клапан 7, первый вентиль 8, дозирующее устройство 9 и дополнительный электронасос 10 с пенобаком 11, имеющим заливную горловину, а через второй вентиль 12 и фильтр 13 забора воды соединенного с водяной цистерной 14, оборудованной первым манометром 15, заливная горловина которой имеет заправочный фильтр 16, а выход водяного насоса 6 соединен последовательно через второй манометр 17, третий вентиль 18, обратный клапан 19, водяной регулятор потока 20, и четвертый вентиль 21 со смесителем потоков 22. Смеситель потоков 22 (фиг. 2) представляет собой три коаксиально расположенных цилиндра, на торцах которых установлены входной 23 и выходной 24 перфорированные фланцы, при этом внешний цилиндр 25 выполнен сплошным, внутренний цилиндр 26 для подачи воды выполнен с перфорацией 27, а средний цилиндр 28 для подачи воздуха также выполнен с перфорацией 29 с возможностью перетока потоков воды и воздуха и образования мелкодисперсной водовоздушной смеси при проходе через выходной перфорированный фланец 24. Между внутренним 26 и средним 28 цилиндрами образован первый контур для смешения потоков, а между средним 28 и внешним 25 цилиндрами образован второй контур для смешения потоков. Смеситель потока 22 оборудован конусным соплом 30 для увеличения скорости выходного потока и последовательно связан (фиг. 1) по стационарной рукавной линии 31 через флажковую задвижку 32 со стационарным лафетным стволом 33, а также с гребенкой 34, оборудованной тремя задвижками 35 с первыми резьбовыми головками 36, имеющими крышки, с возможностью соединения их с трехходовыми разветвителями 37, подсоединенными к рабочим рукавным линиям 38, к которым подсоединен как минимум один переносной лафетный ствол 39 и как минимум один переносной ручной ствол 40, причем переносной лафетный ствол 39 подсоединен к трехходовому разветвителю 37 посредством двух рабочих рукавных линий 38. Далее стационарная рукавная линия 31 соединена через задвижку 41 и вторую резьбовую головку 42, имеющую крышку, с первым четырехходовым разветвителем 43, каждый из выходов которого соединен посредством первой магистральной рукавной линии 44 с трехходовым разветвителем 37 с возможностью соединения его с рабочими рукавными линиями 38, соединенными с как минимум одним переносным лафетным стволом 39 и как минимум одним переносным ручным стволом 40, причем переносной лафетный ствол 39 подсоединен к трехходовому разветвителю 37 посредством двух рабочих рукавных линий 38. Ко второй резьбовой головке 42 может быть подсоединена вторая магистральная рукавная линия 45, связанная со вторым четырехходовым разветвителем 46, каждый из выходов которого соединен посредством рабочей рукавной линии 38 с как минимум одним переносным лафетным стволом 39 и (или) как минимум одним переносным ручным стволом 40, причем переносной лафетный ствол 39 подсоединен ко второму четырехходовому разветвителю 46 посредством двух рабочих рукавных линий 38. Двухпоточный гидронасос 3 соединен по воздушной линии с гидромотором 47 привода воздушного компрессора 48, воздушным фильтром 49 и воздухозаборником 50, при этом воздушный компрессор 48 через третий манометр 51 связан с ресивером 52, к которому с одной стороны через второй воздушный вентиль 53 может быть подсоединено аварийно-спасательное оборудование, которое может включать отбойный молоток, пневмоножницы, дрель и другое пневмооборудовавние, а также надувной спасательный мат (на чертеже не обозначено). С другой стороны ресивер 52 через третий воздушный вентиль 54, обратный клапан 55 и воздушный регулятор потока 56 связан со смесителем потока 22.
Для эффективного тушения интенсивных очагов пожаров в воду, поступающую в камеру смешения 22, добавляют пенообразующую жидкость из пенобака 11.
Автором была проведена оценка режимов движения потока в каналах смесителя. При этом использовались известные работы (Хьюитт Дж., Холл - Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения. Пер. с англ. М., «Энергия», 1974, 408 с., Волынский М.С. О дроблении капель жидкости в потоке воздуха. МАП СССР, Труды №164, 1948, 9 с., Прудников А.Г., Волынский М.С., Сагалович В.Н. Процессы смесеобразования и горения в воздушно-реактивных двигателях. Машиностроение, М. 1971. 356 с., Диспергирование струи жидкости, http://helpiks.org/6-29715., Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. «Наука», М., 1978, 336 с.)
При движении воды и воздуха в каналах смесителя происходят следующие физические процессы.
Воздух из компрессора подается по входному патрубку в ресивер, откуда поступает в первый контур и смешивается с водой, поступающей из радиальных отверстий во внутреннем цилиндре подвода воды. Струи воды, поступающие в первый контур из радиальных отверстий, разрушаются и превращаются в капли. В зависимости от физических свойств воды и воздуха, концентрации и режимов движения процесс дробления имеет различные механизмы:
- разрушение струи в результате колебательного процесса,
- разрушение струи в результате аэродинамического воздействия воздуха,
- разрушение струи от удара о стенки внешнего цилиндра и выходной перфорированный фланец.
Двухфазный поток, образовавшийся в результате дробления, делится на два потока. Один поток через 400 отверстий диаметром 3 мм в выходном перфорированном фланце поступает в конусное выходное сопло, а другой поток через радиальные отверстия диаметром 3 мм попадает во второй контур смесителя и через 900 отверстий диаметром 3 мм в выходном перфорированном фланце поступает в конусное выходное сопло. Из конусного выходного сопла водовоздушный поток выходит в стационарную рукавную линию.
В процессе проводимой оценки решалась трехмерная задача движения вязкого, турбулентного, сжимаемого потока несущей воздушной фазы и диспергированной струи воды в сносящем потоке с последующим дроблением в струях при истечении водовоздушной смеси из отверстий в выходном перфорированном фланце и стенках среднего цилиндра смесителя.
g
g
c
с
3
3
Исходными данными для расчетов были приняты следующие параметры: Для воздуха за компрессором: объемный расход Q=0,140 м/с; давление P=30480 Па. Для воды за центробежным насосом: объемный расход Q=0,05 м/с; давление Р=1013250 Па.
g
с
g
с
1
2
i
i
i
i
i
3
o
o
Двухфазный поток характеризуется объемной концентрацией фаз - α. Для воздуха α=0,737, для воды α=0,263. α+α=1. Плотность смеси - ρ определяется как сумма приведенных плотностей ρ+ρ=7,22+262,5=269,7 кг/м. Истинные плотности вещества ρ фазы связаны с приведенной плотностью ρ соотношением ρ=ρ/α..
Для несущего потока с массовым расходом G=1,37 кг/с рассчитаны характеристики потока.
Параметры по полному давлению:
вх
- полное давление на входе р*=30480 Па;
- полное давление в ресивере р*=29000 Па.
1
-полное давление после входной перфорации p*=15470 Па;
21
- полное давление перед выходной перфорацией первого контура (400 отв) p*=14720 Па;
22
- полное давление перед выходной перфорацией второго контура (900 отв.) р*=13400 Па;
3
- полное давление после выходных перфораций p*=800 Па;
вых
- полное давление на срезе сопла р*=740 Па.
* Давления осреднены по массовому расходу.
Параметры по статическому давлению:
вх
- статическое давление на входе р=26250 Па;
- статическое давление в ресивере р=27000 Па.
1
- статическое давление после входной перфорации p=13240 Па;
21
- статическое давление перед выходной перфорацией первого контура (400 отв) p=14500 Па;
22
- статическое давление перед выходной перфорацией второго контура (900 отв.) р=13100 Па;
3
- статическое давление после выходных перфораций p=200 Па;
вых
- статическое давление на срезе сопла р=-50 Па.
Скорости несущей воздушной фазы:
вх
- скорость на входе v=74 м/с;
- скорость в ресивере v=35 м/с;
1
- скорость после входной перфорации v=60 м/с;
21
- скорость перед выходной перфорацией первого контура (400 отв) v=16 м/с;
22
- скорость перед выходной перфорацией второго контура (900 отв.) v=18 м/с;
3
- скорость после выходных перфораций v=32 м/с;
вых
- скорость на срезе сопла v=35 м/с.
Перераспределение массового расхода воды между средним и наружным цилиндрами:
21
- массовый расход через выходную перфорацию первого контура (400 отв.) G=0,522 кг/с;
22
- массовый расход через выходную перфорацию второго контура (900 отв.) G=0,849 кг/с;
То есть через перфорацию первого и второго контура проходит
воды и 62% воздуха, соответственно.
Создание потока мелкодисперсной водовоздушной смеси обеспечивается разрушением струи, образованием капель и их дроблением, степень которых оценивается критерием Вебера, значение которого должно составлять 10-14. (Волынский М.С. О дроблении капель жидкости в потоке воздуха. МАП СССР, Труды №164, 1948, 9 с., Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М., Энергия. 1976, 296 с.).
Диаметр образовавшихся капель при разрушении струи составляет несколько миллиметров. При прохождении потока через отверстия перфорированных стенок происходит дальнейшее дробление капель и на срезе сопла образуется двухфазный поток со среднемассовым размером капель 0,2-0,4 мм.
Таким образом, применение двухконтурного смесителя, включающего три коаксиально размещенных цилиндра, внутренний и средний из которых выполнены с перфорацией, имеющего выходной перфорированный фланец и конусное сопло, позволяет получить на выходе из сопла увеличение скорости потока до 35 м/с, уменьшение давления до р*=740 Па и двухфазный мелкодисперсный поток с среднемассовым размером капель 0,2-0,4 мм.
Рассмотрим пример конкретного исполнения комплексной установки на базе автомобиля КАМАЗ или УРАЛ. Основу установки составляют два независимых источника потоков воды и воздуха. Источником потока воды является штатный насос автоцистерны НЦПН-50/100-В1Т. Данные насосы обеспечивают номинальную подачу воды, не менее 50 л/с. Поток воздуха создается дополнительным компрессором ОАН 2 размещенным на шасси автомобиля. Компрессор обеспечивает эффективное рабочее давление воздуха до 12 атм., номинальная производительность компрессора 140 л/с. Как насос, так и компрессор приводятся в действие от двигателя автомобиля. Для этого на автомобиле установлена стандартная коробка отбора мощности, которая через управляемую муфту сцепления приводит во вращение двухпоточный гидронасос и гидромотор привода воздушного компрессора. Потоки смешиваются в смесителе. Смеситель представляет собой три коаксиально размещенных цилиндра: сплошной корпус ∅ 325 мм для выхода потока водовоздушной смеси, внутренний цилиндр для подачи воды ∅ 39 мм, выполненный с перфорацией, имеющей отверстия ∅ 3 мм, расположенные под углом 45° против направления потока воды, и средний цилиндр для подачи воздуха ∅ 219 мм, также выполненный с перфорацией, имеющий отверстия ∅ 3 мм, перпендикулярные направлению потока. На торцах цилиндров установлены входной перфорированный фланец ∅ 219 мм, имеющий 172 отверстия диаметром 8 мм и выходной перфорированный фланец ∅ 325 мм, имеющий 1300 отверстий диаметром 3 мм. Воздух подается в корпус смесителя через входной перфорированный фланец. В результате смешения потоков в смесителе происходит образование мелкодисперсной двухфазной водовоздушной смеси, при этом происходит дробление и уменьшение размеров капель воды. Внешний цилиндр также выполняет функцию ресивера-накопителя водовоздушной смеси для поддержания устойчивого давления. На выходе устройства установлен выходной перфорированный фланец, который дополнительно обеспечивает «дробление потока». Смеситель потоков оборудован конусным соплом для увеличения скорости выходного потока. Конструктивно смеситель размещен внутри цистерны с водой, что предотвращает возможность образования ледяной пленки на перфорированных деталях в зимнее время. Готовая смесь подается на стационарный лафет, а также в магистральную рукавную линию Ду-150 длиной 200 м, с дальнейшим разветвлением на рабочие рукавные линии, соединенные с переносными лафетным и ручным стволамми. К системе может быть подключена вторая магистральная рукавная линия длиной 2000 м и более. В отличие от аналогов, использующих дорогостоящие рукава высокого давления и специально изготовленные стволы, в данной системе используются стандартные рукава, стволы и другое штатное оборудование, входящее в вооружение пожарных машин отечественного производства. Переключение двухфазной смеси на рукавную линию и на стационарный лафет осуществляется в узлах разветвления посредством механических задвижек Ду - 203 и Ду - 104.
При использовании системы в стационарном виде, особенно на объектах нефтегазовой отрасли, а также на речных и морских судах, в особенности сухогрузах, газовых и нефтеналивных танкерах, в качестве приводного механизма может использоваться стационарный электродвигатель для привода двухпоточного гидронасоса.
Для использования системы при проведении аварийно-спасательных работ (разбор завалов, подача воздуха в завалы и т.п.) к воздушной линии подключается катушка с рукавом высокого давления, к которой подключаются пневмоинструменты (отбойные молотки, дрели и т.п.), а также надувной спасательный мат (так называемый «куб жизни»). Отбор пневмопотока для аварийно-спасательных работ осуществляется через воздушный вентиль.
Предлагаемая комплексная установка имеет ряд преимуществ:
- рабочая рукавная линия подачи смеси под напором обладает малым весом по сравнению с обычными рукавами и поэтому даже один боец может обслуживать ручной ствол при движении в сторону очага пожара;
- так как тушение производится мелкими каплями («водяная пыль»), то нет необходимости заливать очаг пожара большим количеством воды, это особенно важно при тушении жилых и других помещений.
Таким образом, использование предлагаемой комплексной установки повышает эффективность тушения пожара за счет снижения расхода воды посредством создания потока мелкодисперсной водовоздушной смеси, а также за счет возможности ликвидации очагов возгорания одновременно на нескольких удаленных и труднодоступных очагах возгорания.