СИСТЕМА ПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ ПЕНЫ С ПРОСТЫМ КОНТРОЛЛЕРОМ
SYSTEM OF FOAM PROPORTIONING WITH SIMPLE CONTROLLER

Родственные заявки
Данная заявка испрашивает приоритет, в соответствии с Разделом 35 Кодекса Законов США, § 119, Предварительной Патентной Заявки США № 61/009864, поданной 3 января 2008 года, полное содержание которой включено в данную заявку посредством ссылки.
Уровень техники
Пожарные машины, пожарные катера, военное оборудование и стационарные системы ликвидации пожара используются для тушения больших пожаров на производстве и, как правило, в них имеются нагнетательные трубопроводы для воды, соединенные с насосом большой мощности, причем размер нагнетательных трубопроводов колеблется от нагнетательных трубопроводов, снабжающих брандспойт, способный подавать свыше 1000 галлонов в минуту, до ручных трубопроводов, используемых в завершающих операциях, которые могут подавать до 20 галлонов в минуту.
Одно из наиболее значительных достижений в области пожаротушения пришло с использованием химических пенообразователей, созданных специально для усиления способности воды при пожаротушении. Системы впрыскивания пены были разработаны для введения жидкого химического пенообразующего концентрата в струю воды, направляемую на огонь. Ключевым преимуществом при использовании подобных пен является резкое уменьшение времени, требующегося для тушения пожаров. Было продемонстрировано, что пена Класса А от пяти до десяти раз более эффективна в качестве средства пожаротушения, чем только одна вода. С применением пены пожары тушат быстрее и с существенно меньшим ущербом, наносимым водой. Доказано, что пена является эффективной преградой, предотвращающей распространение пожара и защищающей находящиеся рядом конструкции. Как изложено в Переизданном Патенте США № 35362, выданном Арвидсону с соавторами ("Переизданный патент Арвидсона"), идеи которого включены в данную заявку посредством ссылки, необходимо иметь систему впрыскивания пены, которая способна автоматически пропорционировать пенообразующую присадку в концентрации, необходимой для конкретной ситуации борьбы с пожаром. Переизданный патент Арвидсона описывает систему, которая легко подходит для пожаров, связанных с жилыми зданиями, автомобильных пожаров и таких вариантов применения, где нормы расхода воды имеют тенденцию быть ниже 1000 галлонов в минуту.
Сущность изобретения
Некоторые варианты осуществления изобретения предоставляют систему пропорционирования пены, которая может впрыскивать жидкий пенообразующий концентрат, по меньшей мере, в один нагнетательный трубопровод. Система пропорционирования пены может включать пенный насос, по меньшей мере, один трубопровод для пены, отводящее устройство и, по меньшей мере, один контроллер. Пенный насос может подавать поток жидкого пенообразующего концентрата через трубопровод для пены, который может находиться в гидравлическом сообщении с нагнетательными трубопроводами и пенным насосом. Отводящее устройство может включать линию рециркуляции, имеющую первый конец, расположенный после пенного насоса, и второй конец, расположенный перед пенным насосом. Отводящее устройство может направлять часть потока жидкого пенообразующего концентрата после пенного насоса снова через пенный насос. Контроллер, который может находиться во взаимодействии с пенным насосом и отводящим устройством, может быть сконфигурирован с возможностью автоматического поддерживания минимального расхода жидкого пенообразующего концентрата через пенный насос.
Краткое описание чертежей
Фиг.1A представляет собой принципиальную схему системы пропорционирования пены, включающей отводящее устройство согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.1B представляет собой принципиальную схему системы пропорционирования пены фиг.1А, включающей множество нагнетательных трубопроводов для воды согласно еще одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.2A представляет собой график потребности в жидком пенообразующем концентрате, потребляемом системой пропорционирования пены, согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.2B представляет собой график расхода жидкого пенообразующего концентрата пенного насоса системы пропорционирования пены согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.2C представляет собой график расхода через отводящее устройство системы пропорционирования пены для того, чтобы удовлетворять потребность фиг.2A согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.3A представляет собой график изменения потребности в жидком пенообразующем концентрате, потребляемом системой пропорционирования пены согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.3B представляет собой график расхода пенного насоса, обусловленного потребностью фиг.3A.
Фиг.3C представляет собой график расхода через отводящее устройство системы пропорционирования пены для того, чтобы удовлетворять потребность фиг.3А согласно одному варианту осуществления изобретения.
Фиг.4 представляет собой блок-схему способа работы отводящего устройства согласно одному варианту осуществления изобретения.
Подробное описание
"
Перед подробным объяснением любых вариантов осуществления изобретения необходимо понимать, что изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и расположения составных элементов, изложенных в следующем описании или проиллюстрированных на следующих чертежах. Изобретение выполнено с возможностью реализации других вариантов осуществления и осуществления на практике или выполнения различными путями. Также необходимо понимать, что фразеология и терминология, используемые в данной заявке, преследуют цель описания и не должны рассматриваться в качестве ограничения. Использование "включающий, "содержащий" или "имеющий" и их вариантов в данной заявке предназначено для охвата пунктов, перечисленных далее, и их эквивалентов, а также дополнительных пунктов. До тех пор пока не определено или ограничено иное, термины "установленный", "подсоединенный", "опирающийся" и "прикрепленный" и их варианты используются широко и охватывают как прямые, так и непрямые установки, соединения, опоры, и крепления. Кроме того, "подсоединенный" и "прикрепленный" не ограничиваются физическими или механическими соединениями или креплениями.
Фиг.1 иллюстрирует систему 100 пропорционирования пены согласно одному варианту осуществления изобретения. Система 100 пропорционирования пены может быть использована в пожарных машинах, пожарных катерах, военном оборудовании или стационарных системах ликвидации пожара, установленных в зданиях. Система 100 пропорционирования пены может включать резервуар 102 для пены, отводящее устройство 103, основной привод 104, основную/локальную магистральные шины 106, дисплей 108, системные магистральные шины 110, один или больше источников 112 энергии и простой (бюджетный) линейный привод 114. В некоторых вариантах осуществления простой линейный привод 114 может быть подсоединен параллельно с основным приводом 104. В некоторых вариантах осуществления между простым линейным приводом 114 и дисплеем 108 может быть включена резервированная линия связи. Система 100 пропорционирования пены может дополнительно включать гидравлический насос 116, фильтр 117, пенный насос 118, основной измеритель 120 расхода пены, предохранительный клапан 122 для пены (который показан на фиг.1В), датчик 124 давления трубопровода для пены и простой калибровочный/инжекционный клапан 130.
Система 100 пропорционирования пены может включать один или больше трубопроводов 132 для пены и линию 134 рециркуляции. Датчик 124 давления может находиться во взаимодействии с основным приводом 104 и/или простым линейным приводом 114, так что пенный насос 118 может выключаться, когда давление в трубопроводе для пены 132 выше определенного значения. Линия 134 рециркуляции может включать первый конец 136, расположенный после пенного насоса 118, и второй конец 138, расположенный перед пенным насосом 118. В некоторых вариантах осуществления, отводящее устройство 103 может включать простой измеритель расхода пены 126 и простой регулировочный клапан 128.
Система 100 пропорционирования пены может быть использована для впрыскивания дозированных количеств жидкого пенообразующего концентрата (например, пенообразующего концентрата Класса А или B) в один или больше нагнетательных трубопроводов 133, подающих струю воды с целью обеспечения предварительно заданной концентрации жидкого пенообразующего концентрата в струе воды. Пенный насос 118 может быть сконфигурирован для подачи потока жидкого пенообразующего концентрата. Трубопровод 132 для пены может находиться в гидравлическом сообщении с нагнетательным трубопроводом 133 и пенным насосом 118. Трубопровод 132 для пены может быть сконфигурирован для переноса потока жидкого пенообразующего концентрата. В некоторых вариантах осуществления, трубопровод 132 для пены может быть подсоединен к разветвленному трубопроводу 139, в котором входящий пенообразующий концентрат может делиться для снабжения двух или больше нагнетательных трубопроводов 133.
min
min
min
Отводящее устройство 103 может быть задействовано с возможностью направления части потока жидкого пенообразующего концентрата после пенного насоса 118 снова через пенный насос 118. Контроллер, например, в виде основного привода 104 и/или простого линейного привода 114 может находиться во взаимодействии с пенным насосом 118 и отводящим устройством 103. Контроллер 104, 114 может быть сконфигурирован с возможностью приводить в действие пенный насос 118 и отводящее устройство 103 с возможностью автоматического поддерживания минимального расхода жидкого пенообразующего концентрата (Q) через пенный насос 118. Минимальный расход Q через пенный насос 118 может поддерживаться для того, чтобы предотвратить остановку пенного насоса 118. Минимальный расход Q может зависеть от вязкости пенообразующего концентрата и может, таким образом, колебаться для различных пенообразующих концентратов. Контроллер 104, 114 может также автоматически поддерживать норму пропорционирования между потоком воды и потоком пенообразующего концентрата для струи воды с целью установить концентрацию водно-пенного раствора. Контроллер 104, 114 может задействовать отводящее устройство 103 в ответ на норму пропорционирования и концентрацию водно-пенного раствора.
min
min,
min
min
В некоторых вариантах осуществления, простой измеритель расхода 126 отводящего устройства 103 может находиться во взаимодействии с контроллером 104, 114. Простой измеритель расхода 126 может отслеживать расход жидкого пенообразующего концентрата через отводящее устройство 103. В некоторых вариантах осуществления, простой регулировочный клапан 128 может также быть во взаимодействии с контроллером 104, 114. Простой регулировочный клапан 128 может быть приведен в действие в ответ на сигнал от контроллера 104, 114. Простой регулировочный клапан 128 может быть закрыт, когда потребность в пене больше, чем минимальный расход Q. Простой регулировочный клапан 128 может быть открыт, когда потребность в пене меньше, чем минимальный расход Q и может включать одно или больше положений между полностью открытым положением и полностью закрытым положением. В одном варианте осуществления, минимальный расход Q составляет приблизительно пять галлонов в минуту. В еще одном варианте осуществления, минимальный расход Q составляет приблизительно два галлона в минуту.
min
В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.1В, система 100 пропорционирования пены может включать два или больше отдельных нагнетательных трубопровода 140, 142, которые подают исходную воду из источника 144 воды посредством водяного насоса 146 в соответствующие выпускные отверстия (не показанные). Система 100 пропорционирования пены может также включать два или больше трубопровода для пены 148, 150 (с соответствующими инжекционными обратными клапанами 151), соединенных с подачей жидкого пенообразующего концентрата из пенного насоса 118, по меньшей мере, в один из отдельных нагнетательных трубопроводов 140, 142. В одном варианте осуществления, пенообразующий концентрат с различными нормами пропорционирования может быть введен в отдельные трубопроводы 140, 142 для воды. Система 100 пропорционирования пены может включать дисплей 109 управления трубопроводами и, по меньшей мере, один контроллер 104, 114 для нагнетательных трубопроводов 140, 142 для воды. Контроллер 104, 114 может находиться во взаимодействии с пенным насосом 118 и отводящим устройством 103. Контроллер 104, 114 может быть подключен к получению информации о расходе из нагнетательных трубопроводов 140, 142 и трубопроводов 148, 150 для пены. Контроллер 104, 114 может быть сконфигурирован с возможностью задействовать пенный насос 118 и отводящее устройство 103 с возможностью автоматического поддерживания минимального расхода Q жидкого пенообразующего концентрата через пенный насос 118.
Контроллер 104, 114 может также автоматически приводить в действие пенный насос 118 и отводящее устройство 103 для подачи соответствующего количества жидкого пенообразующего концентрата в трубопроводы 148, 150 для пены для поддержания предварительно заданной концентрации водно-пенного раствора, по меньшей мере, в одном из нагнетательных трубопроводов 140, 142. Контроллер 104, 114 может автоматически поддерживать норму пропорционирования между потоком воды и потоком жидкого пенообразующего концентрата. Контроллер 104, 114 может задействовать отводящее устройство 103 в ответ на норму пропорционирования и предварительно заданную концентрацию.
1
min
min
1
1
1
Фиг.2A иллюстрирует линейное увеличение расхода требуемого жидкого пенообразующего концентрата с течением времени. В момент времени t минимальный расход Q пенного насоса 118 может быть превышен. Как показано на фиг.2B, пенный насос 118 может быть задействован с минимальным расходом Q до момента времени t. После момента времени t пенный насос 118 может быть задействован с возможностью удовлетворения требуемого расхода пенообразующего концентрата. Слишком большое количество пенообразующего концентрата может подвергать риску его эффективность и может привести к повышенным эксплуатационным расходам. В результате, расход через пенный насос 118, превышающий требуемый расход (период времени < t), может быть направлен через отводящее устройство 103. Фиг.2C иллюстрирует расход пенообразующего концентрата через отводящее устройство 103. Расход пенообразующего концентрата через отводящее устройство 103 может по существу равняться разнице расхода через пенный насос 118 и расхода необходимого жидкого пенообразующего концентрата.
min
Некоторые варианты осуществления изобретения включают способ работы системы 100 пропорционирования пены. Способ может включать определение расхода воды через нагнетательные трубопроводы 140, 142, например, с использованием одного или больше измерителей расхода 152 нагнетательных трубопроводов, расположенных вслед за обратными клапанами 154 нагнетательных трубопроводов (как показано на фиг.1B). Контроллер 104, 114 может определять соответствующий расход пены для нагнетательных трубопроводов 140, 142 для того, чтобы автоматически поддерживать предварительно заданную концентрацию жидкого пенообразующего концентрата в струе воды. Контроллер 104, 114 может также автоматически приводить в действие пенный насос 118 для подачи потока жидкого пенообразующего концентрата. Пенный насос 118 может быть пригоден к эксплуатации вплоть до минимального расхода Q, где пенный насос 118 достигает своей предельной нагрузки. Когда система 100 пропорционирования пены начинает приближаться к предельной нагрузке пенного насоса 118 (что определяется, например, с помощью измерителя 120 расхода пены), контроллер 104, 114 может вызвать автоматическое открывание простого регулировочного клапана 128 для того, чтобы удержать расход через пенный насос 118 на безопасном уровне. Таким образом, открытие простого регулировочного клапана 128 и поток жидкого пенообразующего концентрата через отводящее устройство 103 может быть по существу плавным для оператора или пользователя системы 100 пропорционирования пены, поддерживая, в то же время, необходимую точность. В некоторых вариантах осуществления, простой регулировочный клапан 128 может представлять собой регулируемый шаровой клапан. Когда простой регулировочный клапан 128 открыт, отводящее устройство 103 может направлять часть потока жидкого пенообразующего концентрата снова через впускное отверстие пенного насоса 118, когда соответствующий расход пены меньше, чем минимальный расход пенного насоса 118.
min
min
В некоторых вариантах осуществления, способ включает определение расхода через пенный насос 118, например, с использованием измерителя 120 расхода пены. Способ может включать определение расхода отводимой части потока жидкой пены, перенаправляемой снова во впускное отверстие пенного насоса 118, например, с использованием простого измерителя расхода пены 126. Способ может также включать определение расходов трубопроводов для пены, по меньшей мере, для одного из нагнетательных трубопроводов 140, 142, например, с использованием измерителя 152 расхода воды нагнетательного трубопровода. Контроллер 104, 114 может регулировать работу пенного насоса 118 и отведение жидкого пенообразующего концентрата для поддержания минимального расхода Q через пенный насос 118 и соответствующий расход пены для нагнетательных трубопроводов 140, 142 для воды. Отводящее устройство 103 может направлять часть потока жидкого пенообразующего концентрата снова во впускное отверстие пенного насоса 118, только когда соответствующий расход пены меньше, чем минимальный расход Q. Контроллер 104, 114 может рассчитать соответствующий расход пены на основании измеренных расходов воды и концентрации водно-пенного раствора, выбранного пользователем. Контроллер 104, 114 может увеличить отводимую часть потока жидкого пенообразующего концентрата в ответ на уменьшение рассчитываемого расхода пены. Контроллер 104, 114 может также уменьшить отводимую часть потока жидкого пенообразующего концентрата в ответ на увеличение рассчитываемого расхода пены. В одном варианте осуществления, для увеличения расхода пены, впрыскиваемой в струю воды, контроллер 104, 114 может сперва уменьшить часть, направляемую через отводящее устройство 103, перед тем, как пенный насос 118 может быть задействован с наиболее высокой скоростью. В результате, пенный насос 118 может работать с более низкими скоростями в определенных сценариях, что может уменьшить износ пенного насоса 118.
Простой линейный привод 114 может предоставлять информацию в основной привод 104, так чтобы основной привод 104 мог сохранять общую потребность в пене множества нагнетательных трубопроводов 140, 142 для воды и мог управлять пенным насосом 118 и простым регулировочным клапаном 128, соответственно. Когда отводящее устройство 103 открывается, простой линейный привод 114 может посылать сигнал в основной привод 104.
1
1
1
min
min
min
1
1
2
3
3
min
3
2
2
2
min
min
min
2
Фиг.3A-3C иллюстрируют потребность в расходе пены, соответствующий расход через пенный насос 118 и расход через отводящее устройство 103. До момента времени t расход Q может удовлетворять необходимой работе по пожаротушению. Вследствие того, что расход Q ниже минимального расхода Q пенного насоса 118, пенный насос 118 может работать с минимальным расходом Q. Разница между минимальным расходом Q и расходом Q может направляться через отводящее устройство 103. Между моментом времени t и моментом времени t потребность в расходе пены может увеличиться до расхода Q. Увеличение расхода может быть следствием более высокой концентрации пены, выбранной пользователем, изменения расхода воды, включения дополнительного нагнетательного трубопровода и т.д. Поскольку расход Q выше, чем минимальный расход Q, пенный насос 118 может быть задействован со скоростью, удовлетворетворяющей расходу Q, а отводящее устройство 103 может быть по существу закрыто. После момента времени t потребность может уменьшиться до расхода Q. Уменьшение может быть следствием более низкой концентрации пены, выбранной пользователем, изменения расхода воды, выключения нагнетательного трубопровода и т.д. По причине того, что расход O ниже минимального расхода Q, пенный насос 118 может быть задействован при своем минимальном расходе Q, тогда как разница между минимальным расходом Q и расходом Q может направляться через отводящее устройство 103. Несмотря на то что на фиг.3А-3C показаны резкие изменения, изменения расхода могут быть более постепенными. Независимо от неожиданных изменений или более постепенного изменения расхода, отводящее устройство 103 может быть задействовано плавно, так что пользователь может по существу не знать направляется или нет жидкий пенообразующий концентрат через отводящее устройство 103.
min
min
min
min
Фиг.4 иллюстрирует способ 400 работы системы 100 пропорционирования пены. Расход воды через нагнетательные трубопроводы 140, 142 может быть измерен (410). Соответствующий расход пены может быть вычислен на основании выбранного показателя концентрации (420). Вычисленный расход пены может быть сравнен с минимальным расходом Q пенного насоса 118, а результат может быть оценен (430). Если расход пены выше, чем минимальный расход Q, контроллер 104, 114 может определять, направляется ли жидкий пенообразующий концентрат через отводящее устройство 103 (440). Если жидкий пенообразующий концентрат направляется через отводящее устройство 103, поток жидкого пенообразующего концентрата может быть прекращен (450). После этого или если через отводящее устройство 103 поток не обнаружен, пенный насос 118 может быть задействован с необходимой скоростью (460). Если рассчитанный расход меньше, чем минимальный расход Q (430), пенный насос 118 может быть задействован со скоростью, относящейся к минимальному расходу Q (470), а отводящее устройство 103 может быть задействовано с возможностью обеспечить соответствующий расход, направляемый во второй конец 138 перед пенным насосом 118 (480).
Квалифицированным специалистам в данной области должно быть понятно, что, несмотря на то что изобретение было описано выше в сочетании с конкретными вариантами осуществления и примерами, изобретение не должно быть обязательно ограничено таким образом, и предполагается, что ряд других вариантов осуществления, примеров, применений, модификаций и отступлений от вариантов осуществления, примеров и применений охвачены присоединенной к нему формулой изобретения. Полное раскрытие каждого патента и публикации, упомянутых в данной заявке, включены посредством ссылки, как если бы каждый патент или публикация были отдельно включены в данную заявку посредством ссылки. Различные признаки и преимущества изобретения изложены в следующей формуле изобретения.