ВХОДНАЯ ЧАСТЬ ПОЖАРНОГО ГИДРАНТА
INPUT PART OF FIRE HYDRANT

Настоящее изобретение относится к основным конструктивным элементам пожарной техники, в частности стационарных подземных устройств для тушения пожара водой.
В настоящее время разрабатываются стратегии совершенствования подземных противопожарных устройств, а именно устройств типа пожарных гидрантов. Одна из стратегий заключается в повышении надежности их срабатывания в условиях зимнего времени, когда в таких устройствах, в частности, в их нижней части, скапливается вода и, замерзая, перекрывает водопропускные каналы устройства. На их размораживание затрачивается минимум 30 минут, причем восстановление работоспособности пожарного гидранта после размораживания не гарантируется в связи с высокой вероятностью повреждения его корпуса и других частей.
Известен серийно выпускаемый подземный гидрант со свободным потоком фирмы HAWLE, Австрия http://www.hawle.net.ru/, который выполняет функцию противопожарного водоспускного устройства подземного типа (см. Приложение 1 к настоящей заявке). Оно содержит входную часть в виде горизонтального участка и вертикальный корпус в виде водопропускного стояка, установленный на пожарной подставке. Корпус имеет внутренние водозаборные и водоподающие элементы, а именно сливной клапан, перекрывающий спускное отверстие, кран и колено для подключения к водопроводной магистрали. Спускное отверстие, перекрываемое сливным клапаном, при водозаборе закрывается, а при окончания водозабора - отверстие открывается. По окончании водозабора вода остается в полости корпуса пожарного гидранта и сливается через сливное отверстие во внешнее пространство - в колодец, расположенный под сливным клапаном.
Обычно нижняя часть стояка, включая входную часть пожарного гидранта, расположена в грунте и чаще всего в районе грунтовых вод.
Входная часть пожарного гидранта фирмы HAWLE принимается в качестве прототипа, так как он содержит наибольшее число совпадающих с заявляемым изобретением существенных признаков.
Однако прототип имеет существенный недостаток. В нем велика вероятность замерзания остаточных или грунтовых вод после водозабора. Это обусловлено тем, что в известной входной части пожарного гидранта по окончании водозабора вода остается в его полости, что приводит к замерзанию этой воды, и лед препятствует последующему водозабору.
Использование сливного клапана позволяет слить воду из полости нижней части пожарного гидранта во внешнее пространство - в колодец. Но так как грунтовые воды часто имеют небольшую глубину залегания, то в большинстве колодцев круглый год присутствует вода. Так как уровень воды в колодце часто оказывается выше уровня спускного отверстия, то в упомянутой нижней части гидранта будет находиться вода - остаточная или грунтовая, которая при отрицательной температуре замерзнет, и образовавшийся лед будет препятствовать последующему водозабору. Получается парадоксальная ситуация. С одной стороны, вода в полости входной части пожарного гидранта должна быть, так как гидрант работает и при низких температурах окружающей среды. С другой стороны, эта вода там не должна быть, чтобы не допустить ее замерзание при низких температурах, когда закончена подача воды. Вода втекает в полость горизонтального участка корпуса гидранта из водопроводной магистрали при тушении пожара и вытекает из нее, когда в применении гидранта уже нет необходимости.
Задачей настоящего изобретения является создание входной части пожарного гидранта, который позволял бы достичь следующих технических результатов:
1. Исключить замерзания остаточной и грунтовой воды в полости пожарного гидранта и одновременно обеспечить надежность процессов пуска и остановки потока воды.
2. Исключить участие обслуживающего персонала за счет обеспечения процесса самообслуживания при удалении воды из внутренней полости входной части пожарного подземного гидранта и при его запуске в эксплуатацию.
Поставленные задачи решены следующим образом.
В известной входной части пожарного гидранта, содержащей горизонтальный участок корпуса с коленом, сливной клапан со спускным отверстием, установленным с возможностью его перекрытия и открытия, кран, расположенный в районе подключения входной части пожарного гидранта к водопроводной магистрали и установленный с возможностью перекрытия подачи воды в полость входной части пожарного гидранта, емкость, расположенную под сливным клапаном, согласно настоящему изобретению между краном и коленом установлено эжекционное устройство, которое содержит сужающийся конусообразный конфузор, выполненный в виде входной части трубы Далла, переходящий в рабочую камеру эжектора, причем переход в рабочую камеру эжектора выполнен ступенчатым, с возможностью образования в ней зоны разрежения при эксплуатации эжектора, при этом рабочая камера соединена с камерой смешения, переходящей в диффузор, при этом подвод эжектируемой среды осуществляется через, по меньшей мере, один канал, направленный или радиально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды, или тангенциально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды, при этом сливной клапан со спускным отверстием выполнены в упомянутом центре рабочей камеры, а емкость выполнена изолированной для слива воды из стояка и горизонтального участка трубопровода после закрытия крана и расположена в зоне промерзания грунта, причем сливной клапан расположен в упомянутой емкости.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет предотвратить замерзание остаточной и грунтовой воды в полости пожарного гидранта, за счет того что слив происходит в изолированную емкость и не зависит от уровня грунтовых вод, при этом одновременно обеспечить надежность процессов пуска и остановки потока воды, исключить участие обслуживающего персонала и добиться процесса самообслуживания при удалении воды из внутренней полости нижней части пожарного гидранта и при его запуске в эксплуатацию. Это обусловлено тем, что введен эжектор, а в нем имеются условия самостекания воды, в том числе и остатков воды в центральную его часть, а из нее в изолированную емкость, в которой вода не замерзает, хотя и расположена в зоне промерзания грунта. Причем конфузор эжектора выполнен в виде входной части трубы Далла с одновременным резким ступенчатым переходом из него в рабочую камеру и каналы узла подвода эжектируемой среды выполнены под соответствующими углами к продольной оси эжектора по направлению транспортируемого им потока, таким образом достигается высокий коэффициент эжекции, за счет чего вода из изолированной емкости будет выкачена и не создаст помехи для прохождения общего потока воды к месту пожаротушения. При прекращении подачи воды во входную часть пожарного гидранта вода вся стечет через эжектор, а точнее через его спускное отверстие в изолированную емкость, и полость горизонтального участка корпуса будет пустой. Таким образом, гидрант всегда готов к новому пуску воды, и нет необходимости в дополнительном его обслуживании.
Необходимо отметить, что труба Далла (Кремлевский П.П., «Расходомеры и счетчики количества», 4-е изд., Л., 1989, стр. 75, рис.27) традиционно используется в качестве измерительного прибора и позволяет получить более высокий, чем, например, у трубы Вентури, местный перепад давления. Входная часть трубы Далла представляет собой конусообразный конфузор с углом 40-50°, что и позволяет ему иметь крутой угол конусности, обеспечивающий резкий ступенчатый переход в рабочую камеру эжектора.
Использование параметров входной части трубы Далла для конфузора эжектора входной части пожарного гидранта приводит к образованию зоны глубокого разрежения в рабочей камере за счет отрыва струи от стенки в месте резкого ступенчатого перехода из конфузора с крутым углом конусности в рабочую камеру. Создание зоны глубокого разрежения в рабочей камере способствует большему поступлению в нее эжектируемой среды и лучшему перемешиванию ее с рабочей средой. В сущности, по мнению авторов, в предлагаемой входной части пожарного гидранта при эксплуатации в рабочей камере эжектора возникает эффект, который по праву можно назвать «эффектом Далла», так как в рабочей камере возникает противоположный эффект распределения основного потока в ней, чем во всех известных традиционных входных частях гидранта.
Заявителем проведен патентно-информационный поиск по данной теме, в результате которого заявляемая совокупность существенных признаков не выявлена. Поэтому предлагаемое изобретение можно признать новым.
Соответствие данного изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень» обосновывается следующим.
Данное изобретение для специалиста логически не следует из известного уровня техники. Хотя известна входная часть подземного пожарного гидранта HAWLE, которая содержит, в числе прочих частей, сливной клапан с целью устранения проблемы замерзания остаточной воды в стояке по окончании водозабора. Использование такого сливного клапана позволяет слить воду из полости пожарного гидранта во внешнее пространство - колодец, но вышеуказанная проблема не решается, если уровень воды в колодце окажется выше уровня спускного отверстия, что и происходит в большинстве случаев, так как грунтовые воды часто имеют небольшую глубину залегания. То есть в таком противопожарном устройстве (гидранте) все равно будет находиться вода, которая при отрицательной температуре замерзнет, в результате чего устройство, как минимум, может не сработать в нужное время, и такое промедление может стоить жизни, а в худшем случае, выйти из строя, что может привести к самым тяжелым последствиям.
В заявляемом же изобретении входная часть подземного пожарного гидранта находится в зоне промерзания грунта, а сливной клапан размещен в нижней части эжекционного устройства, помещенного между краном и коленом. Это эжекционное устройство содержит сужающийся конусообразный конфузор, выполненный в виде входной части трубы Далла, переходящий в рабочую камеру эжектора, причем переход в рабочую камеру эжектора выполнен ступенчатым с возможностью образования в ней зоны разрежения при эксплуатации эжектора, при этом рабочая камера соединена с камерой смешения, переходящей в диффузор, при этом подвод эжектируемой среды осуществляется через, по меньшей мере, один канал, направленный или радиально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды, или тангенциально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды. Причем эжекционное устройство имеет скошенные к центру рабочей камеры нижние части конфузора и диффузора, а сливной клапан расположен в упомянутом центре рабочей камеры.
Таким образом, образуется самостек воды из входной части пожарного гидранта к сливному клапану, и далее - в изолированную емкость, которая расположена под сливным клапаном. Благодаря эффекту эжекционного устройства достигается высокий коэффициент эжекции, за счет чего изолированная емкость опустошается при эксплуатации гидранта и готова для очередного слива воды в нее, чтобы избежать замерзания остаточной или грунтовой воды после закрытия крана.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет решить такую важную проблему, как замерзание воды в полости нижней части пожарного гидранта, причем не важно, какой уровень грунтовых вод в месте установки такого устройства.
В известных устройствах подобного результата достичь не удавалось. Поэтому заявляемое техническое решение можно признать изобретением.
Сущность заявляемого изобретения и возможность его практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и чертежами.
Фиг.1. Входная часть пожарного гидранта.
Фиг.2. Фронтальный разрез эжектора входной части пожарного гидранты с каналами для подвода эжектируемой среды, направленными радиально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды.
Заявляемая входная часть пожарного гидранта содержит горизонтальный участок 1 корпуса. На пути к водопроводной магистрали на горизонтальном участке корпуса 1 за коленом 2 установлен эжектор 3, после которого размещен кран 4, например, шарового типа, через который осуществлен вход участка водопроводной магистрали 5 (на чертеже изображен условно). Эжектор 3 содержит конфузор 6 с крутым углом конусности, который имеет резкий ступенчатый переход 7 (фиг.2) в рабочую камеру 8, которая переходит в камеру смешения 9 (фиг.2), а она - в диффузор 10. Конфузор 6 выполнен в виде входной части трубы Далла, его переход 7 в рабочую камеру 8 - в виде резкого ступенчатого перехода. На пересечении нижней части конфузора 6 и диффузора 10 расположен сливной клапан 11, обеспечивающий слив воды в емкость 12 воды из входной части пожарного гидранта. Изолированная емкость 12 расположена в зоне промерзания грунта 13.
Принцип работы входной части пожарного гидранта следующий.
При использовании пожарного гидранта вода подается из водопроводной магистрали путем открытия крана 4, при этом вода из водопроводной магистрали 5 поступает в эжектор 3. В эжекторе 3 поток воды выходит из конфузора 6, имеющего крутой угол конусности, который сжимает входящий в него поток, и через резкий ступенчатый переход 7 врывается в рабочую камеру 8 под давлением, образуя в ней зоны глубокого разрежения, всасывающие в себя эжектрируемую среду 14 (фиг.2). Так создается сильный подсос эжектируемой среды 14, которую за счет своей кинетической энергии рабочая среда увлекает за собой, выталкивает ее в необходимом направлении в виде уже смешанного потока (фиг.2). Причем в рабочей камере 8 образуются зоны глубокого разрежения за счет отрыва струи основного потока рабочей среды 14 от стенки в месте резкого ступенчатого перехода 7 из конфузора 6 в рабочую камеру 8. Смешанный поток отводится через диффузор 10. Причем через узел подвода 15 (фиг.2) эжектируемой среды она всасывается в рабочую камеру 8 под соответствующими углами, которые задают ее потокам соответствующие направления вхождения в основной поток рабочей среды и тем самым улучшают условия ее перемешивания с ним в камере смешения 9.
Когда вода выбрана из емкости 12, то кран 4 закрывается, а вода из водопроводной магистрали продолжает поступать в вертикальный участок корпуса (не показан) и оттуда на объект тушения пожара.
Для того чтобы не наполнять емкость 12 водой из магистрали, предусмотрен клапан 11, который закрывается при давлении, несколько превышающем гидростатическое. После закрытия крана 4 образуется самостек воды к сливному клапану 11 за счет скошенных к центру рабочей камеры 8 эжектора 3 нижних частей конфузора 6 и диффузора 10. Когда давление в системе упадет до близкого к гидростатическому, открывается клапан 11 и вся вода сливается в емкость 12. Для повышения надежности системы - предотвращения замерзания подвижных частей клапана 11, он может быть размещен внутри емкости 12.