АВТОНОМНАЯ РОБОТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Предложенное решение относится к устройствам пожаротушения, а именно к роботизированным установкам пожаротушения, предназначенным для формирования и направления сплошной струи воды или струи воздушно-механической пены к месту пожара в автоматическом режиме или по команде оператора с пульта управления в ручном дистанционном режиме.
Из SU 370950, 08.05.1973 RU 2128536 C1, 10.04.1999 и RU 2046613 C1, 27.10.1995 известны автоматические системы пожаротушения, в который для подачи огнетушащего вещества используется лафетный ствол и которые позволяют автоматизировать процесс пожаротушения и значительно повысить его эффективность.
В качестве наиболее близкого аналога была принята раскрытая в RU 2046613 автоматическая система пожаротушения, которая содержит средства пожаротушения в виде лафетного ствола для распыления огнетушащей среды в направлении источника пламени, причем ствол выполнен с возможностью перемещения в двух по существу взаимно-перпендикулярных направлениях, средства подачи огнетушащей среды в лафетный ствол и два приводных электродвигателя для перемещения ствола соответственно в первом и во втором направлениях. В состав системы также входит блок управления в виде микроконтроллера с памятью, управляющего приводными электродвигателями через соответствующую схему управления. Кроме того, автоматическая система пожаротушения содержит датчик обнаружения пламени и датчик цели, жестко установленный на лафетном стволе соосно ему, причем выходы этих датчиков подсоединены к соответствующим входам блока управления. Имеются также два датчика перемещения ствола соответственно в первом и во втором направлениях перемещения, выходы которых через аналого-цифровой преобразователь подключены к входам блока управления.
Главный недостаток указанных известных решений заключается в том, что расположение датчика обнаружения пламени не связано с лафетным стволом, что, несмотря на определенные преимущества, не позволяет создать полностью автономную систему пожаротушения с дистанционным управлением, в которой
имеются все средства для обеспечения всего необходимого цикла пожаротушения для больших площадей и объемов, в условиях опасных сред и тяжелых климатических условий при применении на открытом воздухе.
Техническая задача, положенная в основу при создании предложенного технического решения, а также достигаемый при его использовании технический результат заключаются в выполнении полностью автономной дистанционно управляемой установки, позволяющей размещать установку в места, где отсутствуют инженерные коммуникации (водопитающие и электрические сети), либо при организации противопожарной защиты по временной схеме - монтировать исполнительное устройство (пожарный лафетный ствол) в соответствии с проектом защищаемого объекта в непосредственной близости от возможного очага горения на объекте, что позволило бы полностью удалить человека из опасных для жизни зон.
Указанный технический результат достигается в предложенной автономной роботизированной установке пожаротушения, которая содержит смонтированные на корпусе средство для распыления огнетушащей среды в виде лафетного ствола, установленного с возможностью перемещения посредством приводных двигателей в двух взаимно перпендикулярных направлениях, средства подачи огнетушащей среды в лафетный ствол, блок управления, выходами связанный с приводными двигателями и с входом управления средств подачи огнетушащей среды в лафетный ствол, на котором установлены датчик обнаружения пламени и датчик цели, выходы которых подключены к входам блока управления, при этом рабочая ось по меньшей мере датчика цели параллельна ориентируемой в направлении возгорания оси лафетного ствола.
Установка также предпочтительно снабжена датчиками перемещения ствола в указанных взаимно перпендикулярных направлениях, которые своими выходами подключены к соответствующим входам блока управления.
Датчик обнаружения пламени предпочтительно имеет угол обзора от 40° до 90°, в то время как датчик цели имеет угол обзора от 3° до 10°.
В предложенной автономной роботизированной установке пожаротушения корпус которой предпочтительно выполнен в виде транспортируемой платформы. В этом случае, средства подачи огнетушащей среды в лафетный ствол включают смонтированные на платформе запорное устройство, газогенератор и емкость с огнетушащим веществом. Однако указанные средства подачи огнетушащей среды в лафетный ствол могут быть выполнены в виде стационарной автоматически
управляемой системы подачи огнетушащего вещества, соединяемой с лафетным стволом через запорное устройство удлиненным гибким шлангом, а с блоком управления - соединительным кабелем соответствующей длины.
В отличие от известных, предложенная роботизированная установка пожаротушения, за счет установки датчика обнаружения пламени и датчика цели на лафетном стволе, является полностью автономным устройством, обеспечивающим совместно с системой управления весь необходимый цикл пожаротушения для больших площадей и объемов, в условиях тяжелых сред и тяжелых климатических условий при применении на открытом воздухе, а именно:
- автоматическое обнаружение загорания в защищаемой зоне;
- автоматическое наведение на очаг загорания с заданным углом распыла;
- автоматическое тушение по всей площади горения;
- автоматическое отключение установки;
- подключение к устройству управления аналогичных роботизированных установок пожаротушения;
- дистанционное управление пожаротушением с пункта круглосуточного дежурства.
Эти особенности устройства позволяют его использовать для реализации безлюдных технологий в тяжелых и опасных для жизни людей условиях.
Ниже предложенное решение раскрывается более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, где;
на фиг.1 показан общий вид предложенной автономной роботизированной установки пожаротушения;
на фиг.2 показана общая структурная схема установки.
Предложенная автономная роботизированная установка пожаротушения представляет собой автоматическое средство, состоящее из исполнительного устройства - пожарного лафетного ствола 1 и устройства программного управления, состоящего из блока управления 2 приводами и панели (пульта) управления 3.
Лафетный ствол 1, служащий для распыления огнетушащей среды, установлен с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях посредством приводных двигателей (не показаны) и содержит установленные на нем датчик обнаружения пламени 4 и датчик цели 5, причем рабочая ось последнего (или обоих датчиков) параллельна ориентируемой в направлении возгорания оси лафетного ствола 1. Выходы датчиков 4 и 5 подключены к входам блока управления 2, который
своими выходами связан с приводными двигателями и с входом управления средств подачи огнетушащей среды в лафетный ствол 2.
В качестве лафетного ствола 2 может быть использован любой лафетный ствол, применяемый в данной области техники, выполненный с возможностью перемещения в двух по существу взаимно-перпендикулярных плоскостях. Преимущественно, лафетный ствол представляет собой гнутую трубу из эластичного материала, состоящую, предпочтительно, из двух секций.
Лафетный ствол имеет две степени подвижности. Один приводной двигатель осуществляет перемещение ствола в горизонтальной плоскости, а другой - перемещение в вертикальной плоскости. В приводах применен электродвигатель постоянного тока напряжением питания 12 В, что позволяет применять автономное электропитание в виде аккумуляторной батареи, а также обеспечивать безопасную эксплуатацию ствола. Электродвигатель закрыт герметичным кожухом, обеспечивающим защиту от водяных струй.
Кроме того, установка снабжена датчиками 6 углового перемещения ствола в указанных взаимно перпендикулярных направлениях, которые своими выходами подключены к соответствующим входам блока управления 2.
Перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях отсчитываются от нулевых плоскостей. В пределах максимальных углов, происходит программное сканирование или перемещение в дистанционном ручном режиме. При этом по достижении крайних положений срабатывают концевые выключатели, установленные в датчиках углового положения. Таким образом, движение ствола в данном направлении прекращается.
Конструкция лафетного ствола имеет трубную резьбу для установки насадков. В зависимости от используемого вида огнетушащего вещества на лафетном стволе могут быть установлены водяной насадок или насадок-пеногенератор. Стандартное резьбовое соединение позволяет устанавливать не только вышеуказанные насадки, но и насадки с изменяемыми параметрами водяных струй.
Средства подачи огнетушащей среды в лафетный ствол 1 включают трубопровод (пожарную магистраль) 7, запорное устройство 8, служащее для открывания канала подачи огнетушащей среды к лафетному стволу 1 в нужный момент времени, устройство 9 создания давления в емкости (газогенератор) и емкость 10 с огнетушащим веществом (вода или иной состав). При этом запорное устройство 8 и устройство 9 создания давления соединены с блоком управления 2.
В качестве запорного узла 8 может быть использована любая электрически управляемая запорная арматура, широко известная в данной области техники, например, электрически управляемый электромагнитный клапан.
Блок управления 2 установкой имеет как минимум четыре входа для получения информации и три выхода для выдачи управляющих сигналов.
Панель управления 3 является управляющим органом установки, который формирует управляющие сигналы.
Датчик обнаружения пламени 4 своим выходом через аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу блока управления 2. Аналого-цифровой преобразователь предназначен для преобразования аналогового сигнала, поступающего с датчика в цифровой сигнал, воспринимаемый блоком управления 2. Датчик обнаружения пламени 4 предназначен для определения пожара в защищаемой зоне и подачи соответствующего сигнала на вход блока управления 2. В качестве датчика обнаружения пламени могут использоваться оптические и любые другие датчики, способные выдавать электрический сигнал при возникновении пожара и имеющие угол обзора от 40° до 90°.
Для повышения эффективности и работоспособности системы применяется оптико-электрический датчик инфракрасного диапазона, воспринимающий несколько параметров, в частности интегральную характеристику инфракрасного излучения защищаемой зоны при пожаре и без него и частотную зависимость мерцания пламени.
Установка также снабжена датчиком 5 цели, рабочая ось которого параллельна оси лафетного ствола 1. Выход датчика цели 5 через аналого-цифровой преобразователь (на фиг.1 не показан) подключен ко второму входу блока управления 2. Датчик цели 5 предназначен для определения наличия пламени вдоль его рабочей оси и подачи соответствующего сигнала на вход блока управления 2.
В качестве датчика цели 5 также может быть использован любой датчик, имеющий рабочую зону с углом обзора от 3° до 10° и способный выдавать электрический сигнал при возникновении пожара в этой узкой рабочей зоне. Как правило, используют оптико-электрический датчик, однако возможно, например, использование телекамер инфракрасного диапазона.
Основное отличие от используемого в данной системе датчика обнаружения пламени 4 заключается в наличии оптического фильтра, сужающего рабочую зону до 10°.
Датчик обнаружения пламени 4 и датчик цели 5 жестко установлены на лафетном стволе 1 и перемещаются вместе с ним.
Система содержит также датчики 6 углового положения лафетного ствола 1 в первом и втором направлениях соответственно, выходы которых через аналого-цифровой преобразователь (не показан) подключены к третьему и четвертому входам блока управления 2. Датчики 6 углового положения лафетного ствола 1 предназначены для выдачи на блок управления сигналов, пропорциональных перемещениям лафетного ствола 1.
В качестве этих датчиков могут быть использованы датчики углового перемещения, выдающие на входы электрический сигнал, пропорциональный угловому перемещению контролируемого устройства.
Первый выход блока управления 2 через соответствующую схему управления электродвигателями (не показана) подключен к электродвигателям перемещения ствола в первом и втором направлениях. Управляющий сигнал с блока управления 2 пропорционален угловому перемещению вала электродвигателя. Второй выход блока управления 2 подключен к входу средства управления запорным устройством 8 для выдачи управляющего сигнала на начало подачи огнетушащей среды к лафетному стволу 1, а третий выход - к устройству 9 создания давления в емкости 10 с огнетушащим веществом.
В одном из вариантов выполнения предусматривается установка всех узлов предложенной установки на корпусе в виде транспортируемой платформе 1 (в частности, на фиг.2 показана колесная платформа). В данном варианте установка снабжается автономным источником питания 12, а средства подачи огнетушащей среды в лафетный ствол включают смонтированные на платформе запорное устройство, газогенератор и емкость с огнетушащим веществом, что в целом обеспечивает повышенную мобильность и независимость от инженерных коммуникаций (водопитающих и электрических систем).
Однако установка может быть также подключена к линии электропередачи и иметь средства подачи огнетушащей среды в виде стационарной автоматически управляемой системы подачи огнетушащего вещества, соединяемой с лафетным стволом через запорное устройство удлиненным гибким шлангом, а с блоком управления - соединительным кабелем соответствующей длины.
Панель управления 3 может быть выполнена в виде пульта управления, который представляет собой переносной блок, предназначенный для работы в руках
оператора. Он размещается в защищенном от атмосферных осадков месте, но в пределах прямой видимости лафетного ствола и защищаемой зоны. С пультом управления осуществляется выбор режима управления, программирование траекторий сканирования, дистанционное ручное управление, управление запорным устройством.
Автономная роботизированная установка пожаротушения работает следующим образом.
Основной порядок работы предложенной установки соответствует указанным известным автоматическим системам пожаротушения. При включении системы напряжение питания подается на блок управления и датчики.
Для обеспечения возможности работы установки в режиме программного сканирования производится аппаратная «привязка» места расположения лафетного ствола к координатам защищаемого объекта. После этого выполняется отработка траекторий, необходимых при тушении возможных пожаров, а также программируются скорости перемещения лафетного ствола и момент открытия запорного устройства 8.
Система управления позволяет отработать и сохранить в долговременной памяти восемь траекторий сканирования лафетного ствола 1 (данное количество может быть изменено и определяется только возможностями используемого блока управления).
При определении возникновения пожара датчиком обнаружения пожара 4 любыми известными средствами, которые широко используются в данной области техники, осуществляется сканирование защищаемой зоны по заранее заданному закону сканирования датчиком цели 5 и определяют координаты источника пламени в защищаемой зоне и фиксируют их в памяти, далее вычисляют с помощью широко известных вычислительных средств координаты прямоугольной зоны, в которой будет осуществляться пожаротушение, по фиксированным координатам источника пламени, причем вычисление координат прямоугольной зоны осуществляют таким образом, что источник пламени находится внутри этой зоны, подают в лафетный ствол 1 огнетушащее вещество и распыляют его через лафетный ствол 1, который осуществляет направление огнетушащего вещества и доставку его в зону горения.
Блок управления 2 преобразует сигналы управления, поступающие от пульта управления, в токи необходимой величины и направления их для обеспечения работы электродвигателей приводов пожарного лафетного ствола 1.
В установке предусмотрена реализация следующих режимов управления перемещением пожарного лафетного ствола, выбор которых осуществляется с пульта управления:
- автоматическое наведение и тушение;
- программное сканирование;
- дистанционное ручное управление с пультом управления.
Автоматическое наведение и тушение осуществляется по сигналам от датчиков обнаружения пожара и цели. В результате и в соответствии с вычисленными координатами очага пожара осуществляется доставка огнетушащего вещества в зону горения.
Программное сканирование может осуществляться по сигналу от пульта управления по одной из восьми предварительно запрограммированных траекторий. Каждая из траекторий соответствует определенному объекту или участку объекта на защищаемой территории.
Дистанционное ручное управление.
В этом режиме перемещением лафетного ствола и подачей огнетушащего вещества управляет оператор, находящийся в безопасном месте и имеющий возможность визуально контролировать процесс тушения. Управление движением лафетного ствола, а также включение запорного устройства, производится с помощью кнопок на клавиатуре пульта управления. Данный режим особенно целесообразен в случаях прибытия на объект пожарных или специалистов-спасателей, осуществляющих борьбу с пожаром по оперативному плану.
Роботизированная установка пожаротушения предназначена для эксплуатации на открытом воздухе при рабочих температурах от плюс 40°С до минус 40°С. Максимальное удаление пульта управления от пожарного лафетного ствола ограничено условием прямой видимости ствола. При применении системы видеонаблюдения длина кабельной линии связи может составлять 1000 м.
Предложенная роботизированная установка пожаротушения позволяет направить мощный поток огнетушащего вещества непосредственно на очаг загорания, обнаруженный в ранней стадии, что позволяет сократить время обнаружения пожара, боевого развертывания и тушения пожара; повысить эффективность использования огнетушащего вещества за счет подачи его непосредственно в зону горения; повысить безопасность и производительность труда пожарных.