ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ РУЧНОЙ ПОЖАРНЫЙ СТВОЛ
HYDROPNEUMATIC MANUAL FIRE-HOSE BARREL

Изобретение относится к техническим средствам, предназначенным для генерации газокапельных струй, которые могут использоваться главным образом в пожарной технике, например для создания туманообразных завес и пламягасящих направленных двухфазных потоков.
Известны способы распыления жидкостей с использованием высокочастотных (акустических и ультразвуковых) колебаний, при которых частоты применяемых колебаний в течение всего процесса превращения струи (пленки) сплошной жидкости в мельчайшие капли остаются постоянными.
Недостатками известных способов являются низкая экономичность и повышенный расход воздуха на единицу распыляемой воды и ограниченный запас воды.
Например, известно устройство для создания газокапельной струи, содержащее газодинамическое сопло, сообщенное с камерой смешения жидкости и газа, средство диспергирования потока жидкости, подаваемого в камеру смешения, с эжектирующими отверстиями и систему подачи жидкости и газа, отличающееся тем, что камера смешения соединена с системой подачи жидкости и газа через управляемый клапан подачи двухфазной рабочей среды. Управляемый клапан установлен в общем корпусе вместе с камерой смешения и выполнен с возможностью предварительной подачи в камеру смешения потока газа перед подачей в нее жидкости при включении устройства и с возможностью предварительного отключения подачи в камеру смешения жидкости перед отключением подачи в нее потока газа. Сопло установлено на корпусе камеры смешения с помощью разъемного соединения (свидетельство на полезную модель № RU 8287, В05В /00).
Известно и устройство для создания газокапельной струи, содержащее газодинамическое сопло, сообщенное с камерой смешения жидкости и газа, средство диспергирования потока жидкости, подаваемого в камеру смешения, с эжектирующими отверстиями и систему подачи жидкости и газа, отличающееся тем, что камера смешения соединена с системой подачи жидкости и газа через управляемый клапан подачи двухфазной рабочей среды, выполненный с возможностью предварительной подачи в камеру смешения потока газа перед подачей в нее жидкости при включении устройства и с возможностью предварительного отключения подачи в камеру смешения жидкости перед отключением подачи в нее потока газа. (патент № RU 2132752, В05В 7/04, F16K 11/10).
Известно также устройство для распыления жидкости в газовой среде с образованием газокапельной струи с высокой кинетической энергией, содержащее выпускное газожидкостное сопло, соединенное с камерой смешения газа и жидкости таким образом, что выходное отверстие камеры смешения совпадает с входным отверстием выпускного газожидкостного сопла, а камера смешения соединена магистралями с емкостями для жидкости и сжатого газа, отличающееся тем, что выходная оконечность газовой магистрали выполнена в виде газодинамического сопла и газовая магистраль расположена коаксиально внутри жидкостной магистрали, выходное отверстие жидкостной магистрали образует входное отверстие камеры смешения, расположенное соосно выходному отверстию камеры и газожидкостному соплу, а клапан с малым динамическим сопротивлением установлен между входным и выходным отверстиями камеры смешения и обеспечивает одновременное открытие/закрытие как жидкостной, так и газовой магистрали (патент № RU 2283152, А62С 31/00 В05В 7/04).
К недостаткам этого устройства можно отнести то, что скорость капель жидкости в газокапельной струе при выходе ее из газожидкостного сопла недостаточно велика из-за малого времени контакта капель жидкости с газовой составляющей струи, а также то, что имеет место большой расход газа и низкая степень дисперсности капель жидкости в газокапельной струе из-за недостаточно полной передачи кинетической энергии газа распыляемой жидкости.
Наиболее близким к заявляемому, принятым за прототип, является устройство для распыления жидкости в газовой среде с образованием газокапельной струи с высокой кинетической энергией, содержащее выпускное газожидкостное сопло, соединенное с камерой смешения газа и жидкости таким образом, что выходное отверстие камеры смешения совпадает с входным отверстием выпускного газожидкостного сопла, а камера смешения соединена магистралями с емкостями для жидкости и сжатого газа, а выходная оконечность газовой магистрали выполнена в виде газодинамического сопла, и газовая магистраль расположена коаксиально внутри жидкостной магистрали, выходное отверстие жидкостной магистрали образует входное отверстие камеры смешения, расположенное соосно выходному отверстию камеры и газожидкостному соплу, а клапан с малым динамическим сопротивлением установлен между входным и выходным отверстиями камеры смешения и обеспечивает одновременное открытие/закрытие как жидкостной, так и газовой магистрали, отличающееся тем, что выходное отверстие конфузора газожидкостного сопла соединяется с входным отверстием диффузора газожидкостного сопла цилиндрической трубкой, коаксиальной соплу, с диаметром, равным критическому диаметру сопла, а на выходе газодинамического сопла, коаксиально ему, расположен излучатель Гартмана (патент RU 2317837, А62С 35/02. А62С 31/00, В05В 7/00).
Описанное в патенте RU 3217837 устройство для распыления жидкости в газовой среде обеспечивает дисперсность 100-120 мкм при соотношении в весовом измерении рабочего воздуха к воде 1: 30 и суммарное время работы до 30 с. Сравнительные характеристики приведены в таблице.
Таблица
№
Характеристика
Скорость, м/с
Расход воды, г/с
Расход воздуха, г/с
Дисперсность, мкм
Отношение расхода воды и воздуха
1
2
3
4
5
6
7
1
Устройство по патенту №2283152
65
345
13
120
26,6
2
Устройство с трубкой между конфузором и диффузором
75
338
12,5
115
27,1
3
Устройство по патенту №2317837
80
340
11
100
30,9
К недостаткам прототипа следует отнести то, что применение излучателя Гартмана, реализующего акустический метод распыления воды, не позволяет увеличить соотношение расхода воды на единицу расхода воздуха, что приводит к недостаточной эффективности устройства. Эти установки целесообразно использовать либо на начальной стадии пожара, либо при малых пожарах.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является:
- обеспечение возможности увеличения времени эффективного воздействия водо-воздушного аэрозоля,
- обеспечение практически неограниченного времени работы водяной струей.
Поставленная задача решается тем, что в гидропневматическом ручном пожарном стволе, включающий цилиндрический корпус, разъемы подачи воды и подачи сжатого воздуха, закрепленную на корпусе рукоятку, на которой закреплен рычаг управления, кинематически связанный с расположенной внутри корпуса подвижной и уплотненной относительно корпуса ствола эластичными уплотнениями втулкой водяного клапана, один конец которой взаимодействует с эластичным гнездом корпуса водяного клапана, а второй ее конец через возвратную пружину взаимодействует с корпусом разъема подачи воздуха, внутри корпуса водяного клапана и корпуса разъема подачи воздуха коаксиально расположен с возможностью осевого перемещения трубопровод подачи сжатого воздуха, кинематически связанный со втулкой водяного клапана и снабженный соответствующими уплотнениями, при этом внутри корпуса водяного клапана по его оси расположены воздушный клапан, управляемый подвижным трубопроводом, и сверхзвуковое сопло, запираемое воздушным клапаном, а в корпусе ствола за корпусом водяного клапана размещено сопло вывода тушащей среды, рукоятка герметично соединена с корпусом ствола и имеет внутренний канал для подвода воды, соединенный с внутренней полостью корпуса ствола посредством подвижного отвода, расположенного между возвратной пружиной и втулкой водяного клапана, на торце рукоятки размещен указанный разъем подачи воды, в трубопроводе подачи сжатого воздуха перед воздушным клапаном по движению потока сжатого воздуха расположен обратный клапан, а сверхзвуковое сопло, входной торец которого является седлом воздушного клапана, выполнено с геометрической степенью расширения, превосходящею расчетное значение, определяемое равенством статического давления в сверхзвуковой струе и давления в среде, в которую эта струя истекает, и расположено в корпусе водяного клапана перед входом сопла вывода тушащей среды по его оси, при этом сопло вывода тушащей среды размещено в своем неподвижном корпусе с возможностью поворота вокруг своей оси и снабжено цилиндрической юбкой, в которой выполнены окна, а неподвижный корпус снабжен соответствующим количеством ответных каналов, обращенных своими входами в сторону водяного клапана, при этом сопло вывода тушащей среды кинематически связано с поворотной головкой пожарного ствола, обеспечивающей регулирование площади проходного сечения окон цилиндрической поверхности юбки и формирование тангенциальной составляющей радиальной скорости входа потока воды в сопло вывода тушащей среды, рычаг управления своим шипом кинематически связан через гнездо со втулкой водяного клапана, а на трубопроводе подачи сжатого воздуха жестко установлено упорное кольцо на расстоянии 70-80% хода втулки водяного клапана от торца подвижного отвода.
Предусмотрено, что между воздушным и обратным клапаном размещен завихритель.
Предусмотрено, что рычаг управления снабжен устройством для фиксации его в крайнем рабочем положении.
Предусмотрено также, что разъем для подачи воды выполнен в виде стандартной муфтовой головки для обеспечения возможности подключения пожарного ствола к рукавной линии пожарного автомобиля.
Изобретение проиллюстрировано чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид гидропневматического ручного пожарного ствола, на фиг.2 - сечение А-А по окнам юбки сопла вывода тушащей среды, на фиг.3 - увеличенный вид элементов воздушного клапана.
Гидропневматичекий ручной пожарный ствол включает:
1 - цилиндрический корпус ствола,
2 - разъем для подачи воды,
3 - разъем для подачи сжатого воздуха,
4 - рукоятка,
5 - ось,
6 - рычаг управления,
7 - втулка,
8 - водяной клапан,
9 - эластичное гнездо корпуса водяного клапана 8,
10 - возвратная пружина,
11 - корпус воздушного разъема,
12 - трубопровод подачи сжатого воздуха,
13 - воздушный клапан,
14 - сверхзвуковое сопло,
15 - сопло вывода тушащей среды,
16 - внутренний канал для подвода воды,
17 - внутренняя полость корпуса ствола 1,
18 - подвижный отвод,
19 - обратный клапан,
20 - корпус сопла вывода тушащей среды 15,
21 - цилиндрическая юбка,
22 - окна на цилиндрической юбке 21,
23 - каналы на корпусе 20,
24 - поворотная головка пожарного ствола,
25 - шип рычага управления 6,
26 - гнездо втулки водяного клапана,
27 - упорное кольцо,
28 - завихритель,
29 - устройство для фиксации рычага управления 6 в крайнем рабочем положении.
Гидропневматический ручной пожарный ствол используют следующим образом. К разъему 2 подачи воды подсоединяют магистраль подачи воды от внешнего источника воды, например, рукавную линию пожарного автомобиля. К разъему 3 подачи сжатого воздуха подсоединяют гибкий трубопровод от источника сжатого воздуха.
Нажатием рычага управления 6 перемещают втулку 7 водяного клапана 8. Клапан 8 открывается и вода через каналы 23 в неподвижном корпусе 20 сопла вывода тушащей среды и через окна 22 юбки 21 сопла вывода тушащей среды поступает в само сопло 15 вывода тушащей среды.
При достижении 70-80% хода втулки водяного клапана 8 расход воды достигает максимального значения, который при условии совпадения окон 22 и каналов 23 формирует сплошную струю воды с максимальной дальностью подачи.
Поворот головки 24 ствола приводит к смещению окон 22 юбки 21 сопла вывода тушащей среды относительно каналов 23 в неподвижном корпусе 20 сопла вывода тушащей среды. Поток воды входит в сопло 15 вывода с тангенциальной составляющей скорости, при которой формируется распыленная тушащая струя воды с дисперсностью капель 0,5-2 мм.
Таким образом, в диапазоне 70-80% хода рычага управления 6, кинематически связанного с расположенной внутри корпуса подвижной и уплотненной относительно корпуса ствола эластичными уплотнениями втулкой водяного клапана 8 реализуется подача как сплошной, так и распыленной водяных струй, практически без ограничения времени подачи воды.
Рычаг управления обеспечивает возможность раздельной работы различными тушащими средами - водными струями и водо-воздушным аэрозолем. Так, дальнейшее перемещение до упора рычага управления 6 приводит к соприкосновению торца подвижного отвода 18 с упорным кольцом 27 трубопровода подачи сжатого воздуха 12 и открытию воздушного клапана 13 сверхзвукового сопла 14.
Сверхзвуковая высокоэнергетичная струя воздуха перемещается по центру сопла 15 вывода тушащей среды и воздействует на поверхность воды. Кинетическая энергия струи диспергирует воду до размеров капель 100-150 мкм и выводит из сопла 15 в виде высокоскоростной струи водо-воздушного аэрозоля с весовым содержанием воды и воздуха (100-140) г воды: 1 г воздуха.
Полученный водо-воздушный аэрозоль перемещается со скоростью 90-100 м/с на расстояние до 20 м и обеспечивает высокую эффективность пожаротушения при минимальном расходе воды.
Геометрическая степень перерасширения сверхзвукового сопла обусловливает получение акустических колебаний в скачках уплотнения и способствует диспергированию воды.
Предлагаемая конструкция гидропневматического ручного пожарного ствола позволяет обеспечить полную гарантию ликвидации пожара в замкнутых объемах, т.к. после израсходования сжатого воздуха из баллона ствол не теряет работоспособности и продолжает работать со стандартным расходом воды (3 л/с), формируя различные виды струй, поскольку осуществлено подключение ствола к внешнему источнику воды(пожарному автомобилю). При этом пожарный может быть оснащен дополнительным баллоном со сжатым воздухом вместо баллона с водой, как это имеет место при использовании стандартных ранцевых средств пожаротушения.
Преимуществами описанного гидропневматического ручного пожарного ствола являются:
1 - обеспечение максимального соотношения вода-воздух в диапазоне 140-150 г воды на 1 г воздуха при сохранении дисперсности 100-120 мкм;
2 - возможность увеличения времени работы ствола в 4-5 раз по сравнению с существующими ранцевыми установками при носимом пожарном запасе воздуха вместо воды;
3 - исключение ограничения работы водными струями в обычном режиме тушения пожара.
На предприятии ООО НПП «Орт» изготовлены опытные образцы заявляемого гидропневматического ручного пожарного ствола. Проведенные испытания показали, что конструкция заявляемого ствола позволяет при работе с водо-воздушным аэрозолем при расходе воздуха 12,5 г в секунду достичь распыла 1,7 кг/с расхода воды с дисперсностью 100-120 мкм (или 150-170 г воды на 1 г воздуха).
Баллон со сжатым воздухом объемом 6,7 л с начальным давлением 300 атм. обеспечивает при использовании заявляемого пожарного ствола подачу 340 кг водо-воздушного аэрозоля и время работы 200 с вместо 30 с у ранцевых установок.
Все сказанное и дает суммарную эффективность работы заявляемого гидродинамического ручного пожарного ствола в 20-35 раз по сравнению с существующими ранцевыми установками.