Способ тушения огня с применением циклонного огнетушителя с использованием вихревого эффекта конфузора
METHOD FOR FIRE EXTINGUISHING BY MEANS OF A CYCLONE FIRE EXTINGUISHER USING VORTEX EFFECT OF A REDUCER

С тех пор, как был добыт огонь, он стал и лучшим другом для человека, и злейшим его врагом. Невозможно измерить, сколько бед, сколько вреда, принесло пламя.
Известны многие ручные и механизированные приборы для гашения огня, для формирования, направления струи воды и различных огнетушащих веществ, к месту пожара. Имеется нормативная документация, описывающая требования к приборам, условиям их эксплуатации, испытаниям, хранению, правилам применения. Например, «НПБ 177-99 Техника пожарная. Стволы пожарные ручные. Общие технические требования. Методика испытаний».
Пожарные стволы - один из основных видов пожарного оборудования. Пожарный ствол представляет собой специальное устройство, которое предназначено для образования и направления струи воды и огнетушащих веществ к очагу возгорания. Пожарный ствол состоит из корпуса, соединительной пожарной головки, насадки, которая отвечает за тип струи.
2
2
2
Например, ручной универсальный пожарный ствол «АКРОН Assault 4820» предназначен: для формирования и направления сплошной или распыленной струй воды; для формирования и направления струи воздушно-механической пены; для защиты ствольщика от теплового воздействия защитной водяной завесой, с регулируемой степенью плотности экранирующего факела; для перекрытия подачи огнетушащих веществ. Пожарный ствол «АКРОН Assault 4820» откалиброван на давления: 3 бар (3,1 кгс/см; 45 psi); 5 бар (5,1 кгс/см, 75 psi); 7 бар (7,14 кгс/см, 100 psi). Рабочие свойства пожарного ствола: доступное регулирование формы струи, от сплошной до распыленной; фиксированные защитные зубья; мощная конструкция бампера (головка изменения геометрии струи), позволяющая получить распыленную струю высокого качества; удобное удаление застрявшего в стволе мусора; быстро и легко заменяющиеся прокладки клапана.
Известны комбинированные стволы, которые, включают в свой состав конструкции: корпус; рукавная головка в форме муфты; рукоятка; наствольная головка; съемная насадка - генератор пены.
Пожарные стволы получили широкое распространение в наше время при тушении возгораний самых разных уровней сложности. К наиболее, часто используемым относят воздушно-пенные стволы с эжектирующим устройством - СВПЭ. Стволы предназначены для получения пены из водного раствора пенообразователя, формирования и направления струи для тушения пожара.
Устройство СВПЭ. Ствол СВПЭ состоит из корпуса, с одной стороны которого навернута цапковая соединительная головка для присоединения ствола к рукавной напорной линии соответствующего диаметра, а с другой - на винтах присоединена труба, изготовленная из алюминиевого сплава и предназначенная для формирования воздушно-механической пены и направления ее на очаг пожара. В корпусе ствола имеются три камеры: приемная, вакуумная и выходная. На вакуумной камере расположен ниппель диаметром 16 мм для присоединения шланга, имеющего длину 1,5 м, через который всасывается пенообразователь. При рабочем давлении воды 0,6 МПа создается разрежение в камере корпуса ствола не менее 600 мм рт.ст. (0,08 МПа).
Принцип работы ствола СВП заключается в следующем: поток водного раствора пенообразователя по рукавной линии подводится к корпусу. Выходя из отверстия корпуса, струя, расширяясь, создает разряжение (вакуум), под действием которого происходит распыление и одновременно в отверстия, расположенные равномерно по поверхности трубы, подсасывается воздух. В полости трубы происходит дальнейшее раздробление распыленных капель водного раствора пенообразователя в результате соударений их между собой и ударов о поверхность стенок самой трубы, а также происходит смешивание их с подсосанным через отверстия воздухом и образование пузырьков воздушно-механической пены. Струю воздушно-механической пены на выходе из ствола необходимо направлять на очаг пожара.
2
Несмотря на большую популярность этих приборов у них общие недостатки:  относительная сложность конструкции, например три камеры, сложность в настройке и, как следствие, ограничения в процессе эксплуатации, что особенно важно в экстремальных ситуациях при тушении пожаров. Например, в процессе работы ствола СВПЭ необходимо надежно держать его в руках и следить, чтобы рабочее давление у ствола было в пределах 0,6+0,05 МПа (6+0,5 кгс/см).
Предлагаемый циклонный огнетушитель, является самостоятельным вихревым прибором пожаротушения, использующий вихревой эффект конфузора.
Основное отличие предлагаемого устройства от существующих приборов пожаротушения, в том, что: водяной напор используется не только, как поток воды, а как основа образования негорючей смеси из частиц негорючих материалов, газов, веществ, задействованных в горении.
Раскрытие изобретения.
В качестве иллюстрации принципов работы предлагаемого циклонного огнетушителя, рассмотрим Фиг. 1. «Принципиальная схема работы циклонного огнетушителя».
При поступлении воды, от пожарного крана в пожарный рукав «1», который оборудован циклонным огнетушителем, струя воды, поступая тангенциально, в первый, по движению воды, циклон-конфузор «4» циклонного огнетушителя, закручивается. Образуется локальный вихрь, в котором, формируются периферийный и осевой слой - первая ступень циклонного огнетушителя.. Периферийные слои, продвигаясь к вершине конуса циклона-конфузора «4», под воздействием наклонной стенки конуса и перепада давления, формируют, из наиболее плотных частиц воды, встречный вихрь, который, прижимаемый центробежными силами к расширяющейся стенке циклона-конфузора, движется в обратном направлении, в сторону большего основания конуса. Осевые слои, и менее плотные частицы воды, под действием перепада давления и центробежных сил движутся к осевому отверстию в первом конусе циклона-конфузора, затем, перемещаются во второй циклон-конфузор «5», во вторую ступень циклонного огнетушителя Вихревое движение продолжается во втором циклоне-конфузоре «5», в нем формируются новые периферийные и осевые слои. Подобно первому циклону-конфузору «4», во втором циклоне-конфузоре «5», из наиболее плотных частиц периферийного слоя формируется встречный вихрь. Частицы встречного вихря под влиянием центробежных сил прижимаются к расширяющейся стенке конуса циклона-конфузора и движутся в сторону большего, его, основания, в процессе движения, попадают в отверстие в боковой стенке. Осевые слои, и менее плотные частицы периферийного слоя под действием центробежных сил группируются возле оси вихря, во втором циклоне-конфузоре «5». Здесь же образуется пространство пониженного давления, разряжение. Под влиянием перепада давления в это пространство перемещаются слои внешней среды, в том числе, языки пламени, несгоревшие частицы негорючих веществ и материалов, углекислый газ, зола.
При подведении ствола пожарного рукава с циклонным огнетушителем к пламени, создаются условия для вовлечения пламени огня сквозь решета «6» во второй циклон-конфузор циклонного огнетушителя. Пламя, вовлеченное в циклонный огнетушитель, нагревает воду, закрученного потока, поступившего во второй циклон-конфузор циклонного огнетушителя из первого циклона-конфузора. Пока горит пламя, вода нагревается до кипения, превращается в пар, частицы воды прилипают к частицам воздуха. Образуется аэрозольная смесь. Известно, что распыленной струей пламя гасится быстрее, так, как, площадь поверхности контакта пламени с частицами воды увеличивается.
Вместе с пламенем в циклонный огнетушитель вовлекаются другие продукты горения, в том, числе, уже сгоревшие частицы или частицы негорючих материалов и веществ; зольная пыль; углекислый газ. Возможно, применить порошкообразные пенообразующие негорючие вещества. Вовлеченные разрежением, во второй циклон-конфузор циклонного огнетушителя, частицы внешней среды, образовавшегося пара, смешиваются с частицами осевых слоев и с частицами меньшей плотности потока воды, поступившей из первого циклона-конфузора. Под влиянием перепада давления и центробежной силы они вовлекаются в вихревое движение частиц встречного потока, сформировавшегося во втором циклоне-конфузоре, и, вместе с ними, движутся в сторону большего основания второго циклона-конфузора, затем, общей массой поступают в отверстие для путепровода в стенке второго циклона-конфузора, т.е., второй ступени. Возрастанию параметров этого движения способствует эффект эжекции при перемещении потока из циклона-конфузора второй ступени в путепровод потока встречного вихря первого циклона-конфузора, т.е. первой ступени циклонного огнетушителя. Оба потока, первой и второй ступеней циклонного огнетушителя, перемещаясь синхронно, смешиваются в стволе пожарного рукава и, уже как механическая смесь, направляются на тушение огня. Механически перемешиваясь с водой, они образуют негорючую смесь, при разбрызгивании ее над пламенем, пламя накрывается туманом, который гасит огонь, так, как, кислорода меньше, влажность материалов больше, пара больше, но горючих материалов меньше, температура материалов участвующих в горении ниже.
В предлагаемом циклонном огнетушителе применяется циклон-конфузор использующий вихревой эффект конфузора. Суть вихревого эффекта конфузора заключается в свойстве вихревого движения формировать вихревой поток встречный, первоначально, образованному вихревому потоку. Циклон-конфузор это аппарат вихревого оборудования, описывается в патенте №2 688 459. «Вихревой способ комплексного очищения от механического загрязнения примесями поверхностных и донных слоев водных объектов с применением вихревых сепараторов: (сепараторов-конфузоров, циклонов-конфузоров)». Автор(ы): Кузнецов Виктор Иванович (RU), Шариков Олег Алексеевич (RU) Опубликовано: 21.05.2019 Бюл. №15
В настоящем изобретении физический процесс вихревого эффекта конфузора и технологическую схему работы циклона-конфузора, фиг. 2. «Технологическая схема работы циклона-конфузора», рассмотрим на примере первого по движению воды от пожарного рукава циклона-конфузора, т.е., первой ступени циклонного огнетушителя.
Поступая тангенциально в циклон-конфузор «4» вода закручивается, формируя осевые «7» и периферийные «8» слои в образовавшемся вихревом потоке. Более плотные частицы воды, под действием перепада давления и центробежной силы, продвигаются ближе к стенке циклона-конфузора - периферийные слои, менее плотные к его оси - осевые слои. По мере продвижения закрученного потока вдоль оси циклона-конфузора «9» к меньшему основанию, в периферийных слоях, под влиянием сужающейся формы циклона-конфузора, происходит дополнительное уплотнение периферийного слоя потока. Частицы периферийного слоя, продолжая вращательное движение, под влиянием наклонной стенки конфузора, сил трения, затормаживаются в поступательном движении вдоль оси, вплоть до нулевого значения поступательной скорости, что приводит к повышению давления в периферийном слое. С другой стороны, перед заторможенными частицами формируется замкнутое пространство, область «Ф», ограниченное спереди наклонной стенкой конфузора, сзади подпирающими следующими витками потока, сверху менее плотными движущимися осевыми слоями потока. Ввиду эжекции осевых потоков, в замкнутом пространстве «Ф», между витками потока образуется пониженное давление. Повышение давления в кольце «заторможенных» частиц периферийного слоя с одновременным понижением давления в замкнутом пространстве циклона-конфузора, зоне «Ф», приводит к «перепаду давления», которое выдавливает частицы из витков в пространство, где меньше давление. Таким пространством является межвитковое пространство. Выталкивающая сила перепада давления направлена против первоначального движения витков потока. Одновременно, центробежная сила прижимает выдавленные из витков, вращающиеся частицы к расширяющейся стенке циклона-конфузора. Частицы воды продолжают движение, но, уже, в противоположном, первоначальному потоку, направлении. Таким образом, формируется встречный вихревой поток воды в первом циклоне-конфузоре циклонного огнетушителя. Продвигаясь у боковой стенки конфузора, в сторону большего основания, встречный поток попадает в отверстие в боковой стенке, затем по путепроводу перемещается в ствол пожарного рукава. В стволе пожарного рукава частицы воды встречного вихревого потока первого циклона-конфузора смешиваются с частицами встречного потока второго циклона-конфузора вместе с частицами пара, частицами несгоревших материалов и веществ, негорючих газов, поступившими в ствол в том, числе, в результате эжекции смеси из второго циклона - циклона-конфузора.
Осуществление способа. Осуществление способа заключается в изготовлении предложенной технологической схемы функционирования циклонного огнетушителя с последующим использованием в рабочем процессе. Нагнетательное, силовое оборудование типовое, путепроводы, контрольно-измерительная аппаратура типовая. Новым является непосредственно циклонный огнетушитель в виде насадки. Но циклонный огнетушитель как оборудование конструктивно простое, в нем нет движущихся частей, деталей, как таковых, технологичное в изготовлении. Возможно изготовление в каждой механической мастерской. При осуществлении изобретения надо учитывать угол расположения оси ствола пожарного рукава с осью циклонного огнетушителя, он должен быть регулируемый, так, как, распространение пламени огня и разбрызгивание жидкости из ствола над пламенем не должны противоборствовать друг с другом.
Циклонный огнетушитель можно изготовить как в виде насадки на ствол пожарного рукава для индивидуального оператора, так и в виде, передвижной установки.
Предлагаемый способ и устройство, найдут применение при гашении всех известных на сегодня типов пожарах: лесных, степных, в городе, локальных дворовых.
В информационных источниках отсутствуют сведения о мировой практики применения аналогов предлагаемого способа или устройств
Библиографический список.
1. Патент №2688459. «Вихревой способ комплексного очищения от механического загрязнения примесями поверхностных и донных слоев водных объектов с применением вихревых сепараторов: (сепараторов-конфузоров, циклонов-конфузоров)». Автор(ы): Кузнецов Виктор Иванович (RU), Шариков Олег Алексеевич (RU) Опубликовано: 21.05.2019 Бюл. №15
Краткое описание чертежей.
Фиг 1. Принципиальная схема работы циклонного огнетушителя
1. Пожарный рукав с водой.
2. Удлинитель ствола к циклонному огнетушителю.
3. Насадок к стволу пожарного рукава.
4. Первый циклон-конфузор циклонного огнетушителя.
5. Второй циклон-конфузор циклонного огнетушителя.
6. Решета.
Фиг 2. Технологическая схема работы циклона-конфузора
4. Первый циклон-конфузор циклонного огнетушителя
7 Осевые слои
8 Периферийные слои.
9. Вихревой поток во второй по движению потока циклон-конфузор.
10. Встречный вихрь первого циклона-конфузора.