Устройство для тушения лесных подземных или торфяных пожаров
DEVICE FOR EXTINGUISHING FOREST UNDERGROUND OR PEAT FIRES

Изобретение относится к пожарной технике, а именно к устройствам для смачивания и тушения горящих глубинных слоев торфа огнегасящей жидкостью.
Известно, что почти две трети территории России покрыто лесными массивами. Общая площадь земель лесного фонда, по данным Рослесхоза, составляет 1 млрд 146 млн га. Ежегодно в России регистрируется от 9 тыс. до 35 тыс. лесных пожаров, охватывающих площади от 500 тыс. до 3,5 млн га. Согласно данным МЧС России и Рослесхоза, всего с начала 1992 года по настоящее время в России зарегистрировано более 700 тыс. лесных пожаров. Лесные пожары представляют собой неконтролируемое горение лесных насаждений, включая горные местности, степные районы. Они относятся к стихийным бедствиям, приводящим к значительным экономическим последствиям, разрушению экосистемы, ухудшению экологической обстановки, гибели животных и людей. Главная их опасность заключается в том, что при благоприятных условиях (ветер, сухая растительности) огонь способен распространится на большие площади в течение небольшого промежутка времени.
К одним из основных видов лесных возгораний относится подземный или торфяной пожар, который происходит в торфяном слое на глубине более 0,5 м. Причиной может стать низовой, верховой пожар или самовозгорание. Торфяной пожар представляет собой длительный процесс тления, происходящий практически без кислорода. Сильный торфяной пожар сопровождается едким дымом и выгоревшими подземными пустотами. Внешний покров часто не имеет повреждений, но под ним может находиться тлеющая яма [Теребнев, В.В. Противопожарная защита и тушение пожаров. Книга 6 (леса, торфа, лесосклады) / В.В. Теребнев, Н.С. Артемьев, В.А Грачев, О.Ю. Сабинин.- М.:Пожнаука, 2006]. Режим доступа: www.fireman.club.
2
Среди средств для тушения торфяных пожаров известны устройства разбивающие образовавшуюся спекшуюся корку горящего торфа мощными струями воды со смачивателем, превращая его в жидкую массу, промачивая очаг горения. При таком способе требуется расход воды более 50 л на 1 м горящей кромки, в связи с чем тушение обычно производится водой из имеющегося вблизи пожара водоисточника. [Куксин, Г.В. Рекомендации по тушению торфяных пожаров на осушенных болотах. Опыт работы добровольных лесных пожарных / Г.В. Куксин, М.Л. Крейндлин, Н.А. Коршунов. -М.: ВИПКЛХ, 2015.] Недостатками данного типа устройств является низкая эффективность тушения, обусловленная большим расходом воды, недостаточным смачиванием глубинных слоев горящего торфа.
Также известен пожарный торфяной ствол (патент RU 2194553 C2, МПК A62C3/02, опубл. 20.12.2002г.) для тушения торфяных пожаров, содержащий перфорированную трубку с наконечником.
Недостатками данного устройства являются:
- также низкая эффективность подачи огнегасящей жидкости под давлением во все стороны от перфорированной трубки ствола, в том числе в слои неподверженные горению или тлению;
- затрудненность проникновения ствола в глубокие слои горящего торфа закрытые мощными корневыми системами деревьев, каменистым или плотным грунтом.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по достигаемому эффекту является устройство (патент RU 2277956 C, МПК A62C3/02 (2006.01), опубл. 20.06.2006 г.) для тушения торфяных пожаров, содержащий перфорированную трубку с наконечником, две полые рукоятки, одна из которых снабжена штуцером для подсоединения гибкого рукава с краном, открывающим подачу огнетушащей жидкости из штуцера в перфорированную трубку с наконечником.
Недостатками данного устройства является затрудненность проникновения ствола в глубокие слои горящего торфа закрытые мощными корневыми системами деревьев, каменистым или плотным грунтом.
Задачей предлагаемого устройства является повышение эффективности тушения торфяного пожара на основе применения систем механизации и новых материалов.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство для тушения лесных подземных или торфяных пожаров, включающий полый перфорированный ствол с наконечником, сообщающийся с гибким рукавом, при этом, что ствол выполнен с возможностью вращения при помощи гидромотора, который приводится в действие рабочей жидкостью, поступающей по магистралям высокого давления. Направления оборотов и останов гидромотора задаются электропневмоклапаном трехпозиционным. Гидромотор передает крутящий момент стволу посредством вала распределителя огнегасящей жидкости с отверстиями. Вал распределителя, вал гидромотора и ствол соединены между собой герметичными муфтами. Гибкий рукав сообщается с распределителем огнегасящей жидкости в виде полого корпуса с соосными подшипниковыми узлами. Наконечник снабжен твердосплавным сверлом. Наружная поверхность полого ствола снабжена архимедовым винтом. Перфорации полого ствола представляют собой форсунки для подачи огнетушащей жидкости. Форсунки исходно закрыты крышками с резиновыми уплотнениями, крышки снабжены С-образными элементами из титано-никелевого сплава с памятью формы, сплаву с памятью формы задано фазовое превращение при расчетной температуре в плоскую выпрямленную форму.
Технический результат достигается за счет того, что распределитель огнегасящей жидкости содержит два соосные сквозные отверстия, в которые вставлен ствол. С помощью ряда отверстий огнегасящая жидкость из неподвижного распределителя попадает внутрь ствола, расположенного внутри корпуса распределителя. Свободное вращение полого перфорированного ствола в корпусе распределителя огнегасящей жидкости обеспечивается подшипниковыми и уплотняющими узлами. Собственно, вращение полого перфорированного ствола в неподвижном, относительно мобильного агрегата, корпусе распределителя огнегасящей жидкости обеспечивается гидромотором. Он же, в свою очередь, приводится в действие стандартным масляным насосом, например, аксиально-поршневым. Вращение, остановка и реверс гидромотора обеспечивается трехпозиционным электроклапаном, арматура и элементы управления которым выведена на пульт управления пожарного-оператора. Ствол выполнен в виде вращающегося архимедова винта. Твердосплавное сверло-наконечник снизит вероятность удара вращающегося ствола о твердое основание грунта при заглублении трубки ствола в грунт. Это снижает вероятность поломки устройства и, следовательно, вероятность выхода из строя всего ствола, что в условиях торфяного пожара, где нечем заменить дефектный ствол, может отрицательно сказаться на эффективности тушения. Перфорация ствола оснащена дополнительными крышками, открывающихся только при высокой температуре, которое позволяет получить последовательное открытие отверстий ствола. Распределитель огнегасящей жидкости содержит два выходных патрубка и ручку, что позволяет облегчить перенос агрегата к очагу возгорания всех составных частей устройства для тушения торфяных пожаров, а именно ствола для тушения, съемных гибких рукавов и распределителя огнегасящей жидкости.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на:
- фиг. 1 - общий вид устройства для тушения торфяных пожаров с вращающимся стволом, снабженным архимедовым винтом, подсоединенным непосредственно к распределителю огнегасящей жидкости;
- фиг. 2 - отверстие ствола закрытое пробкой с элементами на основе сплава с эффектом памяти формы (вид сверху);
-фиг. 3 - отверстие ствола, закрытое пробкой с элементами на основе сплава с эффектом памяти формы (вид сбоку).
Устройство включает вращающийся перфорированный ствол 1, снабженный архимедовым винтом 2, который содержит ряд основных узлов и деталей: магистрали высокого давления масла 3 входят в электропневмоклапан трехпозиционный 4, который в свою очередь задает направление оборотов и останов гидромотора 5. Имеется траверса силовая 6 мобильного агрегата. Гидромотор 5 и распределитель огнегасящей жидкости 7 в виде полого корпуса с соосными подшипниковыми узлами соединены между собой с помощью соединительной муфты 8. К распределителю огнегасящей жидкости 7 подсоединяется съемный гибкий рукав 9. Верхняя муфта 10 для валов соединяет полые валы ствола 1. Вращающийся полый перфорированный ствол 1 имеет форсунки 11 с исходно закрытыми крышками, снабженные элементом из сплава с памятью формы. Нижняя муфта 12 для валов соединяет ствол 1 и твердосплавное сверло-наконечник 13. Исходно закрытые крышки форсунки 11 имееют крепление 14, уплотнение резиновое 15 и форсунку 16 для ОТЖ (огнетушащая жидкость), С-образный элемент из титано-никелевого сплава с памятью формы 18 и узел крышка-элемент с ЭПФ 19 (эффект памяти формы) в исходно закрытой крышке форсунки 11. В валу распределителя 7 имеются отверстия 17.
Устройство для тушения лесных подземных или торфяных пожаров работает следующим образом:
Спасатель-пожарный, участвующий в тушении торфяного пожара, подводит силовую траверсу 6 мобильного агрегата, с закрепленным на нем устройством для тушения торфяного пожара с вращающимся стволом 1, к очагу возгорания. К распределителю 7 огнегасящей жидкости в виде полого корпуса с соосными подшипниковыми узлами подсоединяется съемный гибкий рукав 9. Учитывая большие габариты устройства, его вес принимает на себя гидравлический манипулятор. Распределитель огнегасящей жидкости 7 ориентируется примерно над предполагаемым подземным или заглубленным очагом пожара. Гидромотор 5 приводится в действие энергией рабочей жидкости (гидравлического масла), поступающей в него посредством магистрали высокого давления масла 3 и электропневмоклапана трехпозиционного 4. Параметры вращения ствола 1 (на заглубление, останов, на поверхность) выбираются оператором при помощи арматуры управляющей электропневмоклапаном трехпозиционным 4, при этом достигается повышение удобства в пользовании заявляемым устройством. Ствол 1 снабженный архимедовым винтом 2 углубляется в горящий рыхлый торфяной грунт. При достижении предполагаемого подземного подповерхностного очага пожара вращение ствола 1 может быть остановлено. Огнетушащая жидкость (вода со смачивателем) под давлением поступает из бака мобильного агрегата по съемному гибкому рукаву 9 в распределитель 7 огнегасящей жидкости в виде полого корпуса с соосными подшипниковыми узлами, затем через отверстия 17 в верхнюю муфту соединительную 10 полых валов ствола, а затем, соответственно, в сам полый вращающийся ствол 1 . Исходно закрытые крышки 11, нагреваясь до температуры начала фазового перехода в сплаве с ЭПФ, открываются. Через отверстия 17 огнетушащая жидкость поступает непосредственно в очаг подповерхностного торфяного пожара. После окончания тушения стволу 1 обеспечивают вращение в обратную сторону, вынимают на поверхность, на больших оборотах сбрасывают грунт с архимедова винта 2, закрывают крышки форсунок 11 и 16 и передислоцируют мобильный агрегат или траверсу при помощи гидравлического манипулятора на другой предполагаемый очаг пожара. В рыхлом торфяном грунте допускается перемещение вращающегося ствола 1 без подъема на поверхность по горизонтали в любом направлении, на дистанцию допустимую техническими характеристиками гидравлического манипулятора мобильного агрегата.
Открытие крышек форсунок 11, снабженных элементом из сплава с памятью формы (восстановление формы) на стволе 1 осуществляется нагревом элементов из сплава с памятью формы до температуры, при которой происходит восстановление формы пластически деформированных элементов крышек форсунок 11.
Нагрев элементов крышек форсунок 11, снабженных элементом из сплава с памятью формы, для проверки их работоспособности (техническом обслуживании) может оперативно осуществляться, например, за счет тепловой пушки, калориферов, тепловентиляторов или, например, выхлопных газов ДВС пожарного автомобиля, что может способствовать повышению эффективности работы.
Для термоупругого демпфирующего сплава с эффектом памяти формы на основе Ni - Ti значения температур, при которых происходит мартенситное превращение (восстановление формы), может составлять 320…340 К, а количество циклов пластических деформаций элементов крышек форсунок, имеющих незначительное число дислокаций в кристаллической решетки, может достигать 10° (Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М. Бернштейна / Под ред. В.А. Займовского - М.: Металлургия, 1979 - 472с.). Движение элементов обеспечивается силой термоупругости сплава, из которого выполнена крышка при температуре восстановления формы.
После восстановления формы устройство охлаждается до исходной температуры пассивно при переносе инструмента на другое рабочее место.
Устройство с восстановленными крышками отверстий, снабженных элементом из сплава с памятью формы, на стволе в виде перфорированной трубки вновь готово к работе.
Таким образом, данное изобретение позволяет эффективно тушить торфяные пожары с одновременной защитой инструмента от жестких ударных воздействий при частом изменении локаций на рабочем месте.
Кроме этого обеспечивает снижение трудоемкости тушения в глубоких слоях горящего торфа, закрытых мощными системами деревьев, каменистым или плотным грунтом. Благодаря конструкции бура значительно уменьшается время погружения в горящий торфяной грунт. Также экономичный расход огнегасящей жидкости, за счет подачи ее только в зоны высокотемпературного горения торфа, что значительно повышает эффективность тушения очага возгорания в ограниченных условиях лесного пожара. Удобство в пользовании заявляемым полуавтоматическим устройством.
Ниже приведен пример осуществления изобретения.
Модель торфяного ствола выполнена вращающимся стволом с архимедовым винтом диаметром 100 мм, исходно закрытые крышки, снабженные элементом из сплава с памятью формы закрывают отверстия диаметром 10 мм. Также ствол снабжен твердосплавным сверлом-наконечником длиной 50 мм. В действие ствол приводится в действие двигателем внутреннего сгорания. В рыхлый грунт на глубину 1 метр торфяной ствол проникает за 20…30 секунд. Конструкция при экспериментальной проверке обеспечивала последовательное смачивание горящих подповерхностных слоев торфа с оптимальной подачей огнегасящей жидкости.
Эффективность тушения подповерхностных пожаров может повысить добавление в воду специальных химических составов, повышающих эффективность применения воды в 2…4 раза. Из смачивающих химикатов наиболее известен сульфанол. Это легкий желтый порошок, быстрорастворимый в воде. Его добавка в количестве 30 г на ведро воды (0,3 % по весу к воде или другим растворам) повышает смачивающие свойства. В качестве поверхностно активных веществ (ПАВ) можно рекомендовать также средства на основе сульфанола и других смачивателей, которые применяются для борьбы с устойчивыми почвенными пожарами, особенно с торфяными, они способны быстро проникать в толстые слои торфа и лесные подстилки.
Источники (по мере упоминания)
1. Статистические данные с сайта Федеральное агентство лесного хозяйства.
2. Теребнев, В.В. Противопожарная защита и тушение пожаров. Книга 6 (леса, торфа, лесосклады) / В.В. Теребнев, Н.С. Артемьев, В.А Грачев, О.Ю. Сабинин.- М.: Пожнаука, 2006.
3. Данные с сайта www.fireman.club.
4. Куксин, Г.В. Рекомендации по тушению торфяных пожаров на осушенных болотах. Опыт работы добровольных лесных пожарных / Г.В. Куксин, М.Л. Крейндлин, Н.А. Коршунов. -М.: ВИПКЛХ, 2015.
5. Ручной ствол для тушения торфяных пожаров. Патент РФ на изобретение RU 2194553 C2, МПК A62C3/02, опубл. 20.12.2002 г.
6. Ствол для тушения торфяных пожаров. Патент РФ на изобретение RU 2277956 C, МПК A62C3/02(2006.01), опубл. 20.06.2006 г.
7. Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М. Бернштейна / Под ред. В.А. Займовского - М.: Металлургия, 1979 - 472с.).