Поворотный сопловой аппарат
ROTARY NOZZLE APPARATUS

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности - к регулируемым устройствам газопорошкового, порошкового, газового и пенного пожаротушения с формированием струи огнетушащего вещества (смеси) и её наведением в заданном направлении.
Известно пожаротушащее устройство в виде ствола, содержащее цилиндрический корпус с расположенными на нём в выходной части рабочей головкой, во входной части - присоединительной головкой и размещённую перпендикулярно рукоятку управления, установленный в корпусе со стороны входной части фильтр, сферический запорно-регулирующий орган, сопряжённое с ним седло, герметично соединённое с центральным соплом, сужающимся в зоне рабочей головки, камеру центробежного сопла и сопряжённое с ней центробежное сопло, кинематически связанное с рабочей головкой, причём камера неподвижно закреплена в корпусе ствола и снабжена направляющими каналами, сферический запорно-регулирующий орган кинематически связан с рукояткой управления, а центробежное сопло, совместно с рабочей головкой, выполнено с возможностью углового перемещения относительно камеры и снабжено соответствующими окнами, сферический запорно-регулирующий орган имеет центральный канал с закреплёнными в нём направляющими лопатками, запорно-регулирующий орган расположен в камере сферы, состоящей из полусферической входной части, негерметично связанной с фильтром, опорного кольца и седла, герметично соединенного с неподвижным центральным соплом, которые делят внутренний объём корпуса ствола на периферийную и центральную части, защищённые общей входной решёткой, а периферийная часть дополнительно защищена фильтром, камера центробежного сопла выполнена из эластичного материала, а ось рукоятки управления снабжена кольцевой канавкой с размещёнными двумя полукольцами внутренней обоймы шарикового радиально-упорного подшипника, подпираемого через внешнюю обойму трубчатой гайкой относительно цапфы корпуса, а фильтр выполнен в виде цилиндрической обечайки с нанесённой на её поверхности просечкой - RU 2337739 C2, 2008 г.
Недостаток известного устройства состоит в том, что ручной ствол ограничен расходом огнетушащего вещества вследствие малой пропускной способности; устройство также не является регулируемым.
Известно устройство в виде насадки-распылителя поворотного для установки водопенного пожаротушения, содержащее корпус со сквозным отверстием, на выходе которого размещён узел формирования струи, связанный с корпусом шар, имеющий сквозное отверстие, патрубок для подсоединения к напорной линии, оборудованный фланцем с фаской, прилегающим к шару, и фланец, ответный фланцу с фаской и связанный с ним болтовым соединением, причем фланец, ответный фланцу с фаской, выполнен с внутренней сферической поверхностью, радиус которой равен радиусу шара - RU 132357 U1, 2013 г.
Недостаток известного устройства состоит в том, что эффективность процесса недостаточна, т.к. при пожаротушении происходит падение давления в насадке, а также из-за того, что узел формирования струи является статично установленным, неповоротным.
Наиболее близким аналогом изобретения является пожарный монитор с шаровым шарниром, включающий в себя основание, патрубок, на входе шарнирно соединенный с основанием для вращения в горизонтальной плоскости, а на выходе имеющий раструб со сферическим подшипником качения с уплотнительным кольцом и цилиндрическими подшипниками скольжения, соединенными вращательным движением в вертикальной плоскости с шаром через установленные на нем полуоси, жёстко соединённым со стволом с насадком, шар выполнен полым, а вход водопотока в шар со стороны раструба выполнен в виде овального отверстия, вытянутого в направлении к полуосям шара, а выход водопотока из шара выполнен в виде круглого отверстия, при этом площадь сечения водопотока на входе шара не меньше площади сечения на его выходе - RU 2412733 С1, 2011 г.
Недостаток аналога состоит в том, что управление положением направления огнетушащей струи в горизонтальной и вертикальной плоскости производится с помощью двух органов: в горизонтальной плоскости - с использованием шарнирного соединения, а в вертикальной плоскости - с использованием шарового шарнира, что увеличивает габариты устройства. Устройство также не имеет дистанционного управления, а только ручное.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в улучшении характеристик устройства путём уменьшения габаритов и оснащения его дистанционным управлением, а также увеличением рабочего давления огнетушащей смеси.
Эта задача решена в поворотном сопловом аппарате, содержащем опорную раму с расположенным на ней направляющим цилиндрическим каналом, выход которого соединён со сферическим шарниром, на входе цилиндрического канала установлен компенсатор, сферический шарнир состоит из полой сферы и поворотного узла и закреплён на опорной раме. Поворотный узел содержит деталь, выполненную в виде пластины из трёх секций, центральная секция из которых сопряжена своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью полой сферы с помощью скользящей посадки с возможностью вращения вокруг центра полой сферы, реактивную тягу, закреплённую одним концом на опорной раме, а другим - на поворотном узле, а крайние секции детали закреплены, через шарниры, со штоками линейных электроприводов вертикального и горизонтального наведения. Линейный электропривод вертикального наведения и линейный электропривод горизонтального наведения связаны, через шарниры, своими корпусами с опорной рамой и размещены с поворотом друг относительно друга на 90 град вокруг оси канала, и выполнены с возможностью регулировки электроприводов при помощи системы управления, которая содержит блок управления и пульт управления с монитором. На поворотном узле установлено сопло, на сопло установлена видеокамера и защитный экран, имеющий отверстие для передачи изображения состояния очага возгорания на объектив видеокамеры, соединённой с монитором пульта управления, который соединён с блоком управления для изменения угла поворота сферического шарнира, при этом входы и выходы блока управления синхронизированы с входами и выходами линейных электроприводов вертикального и горизонтального наведения.
Кроме того, предлагаются конкретные выполнения конструктивных элементов аппарата, заключающиеся в следующем:
- полая сфера шарнира выполнена из металлических материалов;
- сферический шарнир закреплён болтами на опорной раме с помощью полуколец.
Вид конструкции поворотного соплового аппарата приведён на фиг. 1, на фиг.2 изображен разрез конструкции, на фиг. 3 - система управления.
Поворотный сопловой аппарат, содержит опорную раму 1 с расположенным на ней направляющим цилиндрическим каналом 2, выход которого соединён со сферическим шарниром. На входе цилиндрического канала 2 установлен компенсатор 3. Сферический шарнир состоит из полой сферы 4 и поворотного узла 5 и закреплён болтами с помощью полуколец 6 на опорной раме 1. Полая сфера 4 сферического шарнира выполнена из металлических материалов, например, из коррозионностойкой стали.
Поворотный узел 5 содержит деталь 7, а также закреплённую реактивную тягу 8, фиксирующую положение узла 5 относительно опорной рамы 1.
Соединение поворотного узла 5 с полой сферой 4 возможно выполнить различными вариантами деталей, в данной конструкции применена деталь 7 в виде пластины из трёх секций, центральная из которых сопряжена скользящей посадкой с наружной поверхностью полой сферы 4, а крайние закреплены, через соответствующие шарниры 9, со штоком 10 линейного электропривода 11 вертикального наведения и штоком 12 линейного электропривода 13 горизонтального наведения. Электропривод 11 и электропривод 13 связаны через шарниры 14 своими корпусами 15 с опорной рамой 1 и размещены с поворотом друг относительно друга на 90 град вокруг оси цилиндрического канала 2.
Работа штоков 10 и 12 для регулирования осуществляется при помощи системы управления (фиг.3), которая содержит блок управления 16 и пульт управления 17 с монитором 18. Блок управления 16 и пульт управления 17 выполнены на базе 32-разрядных однокристальных микро-ЭВМ (микроконтроллеров) и построены в соответствии со схемой взаимодействия элементов устройства. Микроконтроллеры блока управления 16 и пульта управления 17 с помощью своей программы преобразуют полученные наборы численных значений амплитуд сигналов в последовательность команд и сигналов для управления линейными электроприводами 11 и 13.
На поворотном узле 5 закреплено сопло 19, на котором установлена видеокамера 20 и защитный экран 21, имеющий отверстие 22 для передачи изображения состояния очага возгорания на объектив видеокамеры 20, соединённой с монитором 18 пульта управления 17, который соединён с блоком управления 16 для изменения угла поворота сферического шарнира в виде полой сферы 4. Входы и выходы блока управления 16 синхронизированы с входами и выходами линейных электроприводов 11 и 13 вертикального и горизонтального наведения.
Защитный экран 21 выполнен из теплозащитного материала, например, шлифованной жаростойкой стали.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В кабине пожарного автомобиля или на контрольном посте управления установлены пульт управления 17 с монитором 18 видеонаблюдения.
После остановки пожарного автомобиля или монтажа мобильной установки напротив цели тушения, оператор противопожарного оборудования, находясь в кабине пожарного автомобиля или контрольном посте управления, осуществляет визуальный контроль источника возгорания по изображению, выводимому посредством монитора 18.  Изображение на монитор 18 приходит с видеокамеры 20, установленной соосно с отверстием 22 на защитном экране 21 на сопле 19. Центр изображения на мониторе 18 является центром струи огнетушащей смеси, поступающей из сопла 19.
В случае если источник возгорания находится не по центру струи (т.е. не по центру изображения на мониторе 18), оператор имеет возможность использовать пульт управления 17 для отклонения сопла 19 по горизонтали (10-15 град от нормали) и по вертикали (12-15 град по нормали). Для этого оператор производит отклонение джойстика на пульте управления 17 в ту сторону, в которую требуется довести сопло 19. Отклонение джойстика в какой-либо плоскости посредством вышеописанной цепочки связей формирует управляющий электрический сигнал, который поступает, через блок управления 16, на соответствующий линейный электропривод 11 или 13. Двигатель электропривода 11 и/или 13, в свою очередь, выдвигает или задвигает шток 10 и/или 12. Изменение положение штока 10 и/или 12 вызывает его отклонение вместе с соплом 19 в заданном направлении. Направление отклонения защитного экрана 21 с соплом 19 соответствует направлению отклонения джойстика, а скорость зависит от угла наклона джойстика. Одновременно с этим микроконтроллер блока управления 16 получает сигнал от потенциометров электроприводов 11 или 13 и не позволяет защитному экрану 21 с соплом 19 отклоняться на углы, больше предельных, т.е. осуществляет удержание штоков 10 или 12 в заданном положении. Таким образом сопло 19 можно отклонять относительно полой сферы 4 на заданный угол. Отклонение сопла 19 позволяет направлять струю огнетушащей смеси в заданном направлении.
Важным эффектом данного аппарата, в отличие от стандартных устройств формирования огнетушащей струи, является организация поворота сопла посредством единого шарнира, что позволяет резко уменьшить габариты изделия, в то время как в стандартных устройствах для поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях используются отдельные шарниры. Также уникальным отличием аппарата является высокое рабочее давление подаваемой смеси до 2,5 МПа.
Предлагаемое устройство также позволяет осуществлять дистанционное управление.