Установка пожаротушения для любых высот возгорания (варианты)

 

Изобретение относится к технике и технологиям, используемым при тушении пожаров для поднятия огнегасящих смесей на большие высоты. Установка содержит две небольшие по объему (0.1 м³) вытеснительные емкости, самозаполняющиеся из основной емкости, опорожняющиеся попеременно с помощью их наддува за счет пороховых газогенераторов на основе нитроглицеринового пороха. Газогенераторы набраны во вращающуюся головку по типу револьверной, позволяющую подавать разогретый газ в вытеснительные емкости. Основная магистраль содержит обратный клапан подачи среды, а малые баки - клапаны сброса остаточного давления газов в основную емкость. Конструкция револьверной головки имеет остеклованные с двух сторон заряды пороха. Изобретение позволяет поднять огнегасящую смесь на очень большие высоты (теоретически до 500 м), снизить цену пожаротушения, поскольку предполагает применение на любых высотах (см. техническую справку и таблицу). Устройство безопасно в обслуживании, поскольку разрыв малых емкостей в случае нештатных ситуаций идет в основную цистерну, а револьверная головка открывается с двух сторон, что позволяет избежать “реактивного эффекта” при случайном возгорании. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике и технологиям, используемым при тушении пожаров для поднятия огнегасящих смесей на большие высоты.

Известна установка для тушения пожаров, содержащая центробежные насосы высокого давления, установленные на пожарные машины.

Однако срок службы их незначительный ввиду высоких требований к очистке подаваемой среды и кавитации потока, разрушающей лопатки насосов, возникающей вследствие высоких скоростей вращения. Кроме того, стоимость такого насоса достаточно высока, а отечественная промышленность их не производит из-за высоких требований сборки и эксплуатации (данные завода “Уралпожтехника”, г. Миасс, Челябинская область). Данные по применению пожарного насоса высокого давления приведены на примере эксплуатации штатного центробежного насоса ПМ-40.

Известен насос пожарный комбинированный НЦ ПК-40-100-4-400, позволяющий поднять огнегасящую смесь на высоту 400 метров, но он обеспечивает расход лишь 4 литра в секунду, что в большинстве случаев очень мало для тушения. Габариты и вес его весьма значительны и составляют 0,5 м³ и 90 кг [1].

Известны схемы подачи жидких сред на расстояние: ранцевые огнетушители, поршневые насосы для опрыскивания ядохимикатами садов и др. Известны также огнетушители, в которых подача среды осуществляется с помощью химических газогенераторов.

Однако все эти средства используют небольшие емкости и, как следствие, малые запасы жидкости, поскольку их небольшие размеры предотвращают аварийные ситуации, приводящие к их разрушению. Малые размеры позволяют избежать больших механических напряжений, возникающих в конструкции от давления наддува.

Известна вытеснительная система подачи жидких сред, применяемая в ракетной технике и содержащая установленные в баках (основных емкостях) с горючим и окислителем пороховые газогенераторы для наддува.

Эта система не нашла широкого применения из-за высоких требований к прочности и герметичности имеющих большие размеры баков, имеет ограниченный срок службы (разовое применение) и не обеспечивает подачу жидкой среды на требуемое расстояние, в частности на большую высоту. Кроме того, ее применение ограничено также большими теплопотерями в “зеркало” жидкости [2].

В основу изобретения положена задача создания такой конструкции установки пожаротушения, которая обеспечивала бы подачу огнегасящей жидкости на любую необходимую высоту с необходимыми расходами, безопасность и надежность в эксплуатации, пониженные требования к чистоте подаваемой жидкости, а также обладала бы простотой конструкции и низкой себестоимостью.

Поставленная задача решается тем, что в установке пожаротушения для любых высот возгорания, содержащей основную емкость с жидкой средой, пороховой газогенератор, наддувающий емкость, и устройство выпуска жидкой среды (например, пожарный шланг), согласно изобретению в основной емкости расположена вытеснительная емкость, соединенная газоводом с пороховым газогенератором, установленным на корпусе основной емкости, и снабженная впускным клапаном, соединяющим обе емкости, клапаном сброса остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном для соединения вытеснительной емкости с устройством выпуска жидкой среды (например, пожарным шлангом), при этом остеклованный пороховой заряд расположен в ячейке газогенератора.

По другому варианту, в установке пожаротушения для любых высот возгорания, содержащей основную емкость с жидкой средой, пороховой газогенератор, наддувающий емкость, и устройство выпуска жидкой среды (например, пожарный шланг), согласно изобретению в основной емкости расположена вытеснительная емкость, соединенная газоводом с пороховым газогенератором, установленным на корпусе основной емкости, и снабженная впускным клапаном, соединяющим обе емкости, клапаном сброса остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном для соединения вытеснительной емкости с устройством выпуска жидкой среды (например, пожарным шлангом), при этом остеклованные пороховые заряды расположены в ячейках револьверной головки, размещенной в газогенераторе и установленной на корпусе основной емкости.

По другому варианту, в установке пожаротушения для любых высот возгорания, содержащей основную емкость с жидкой средой, пороховой газогенератор, наддувающий емкость, и устройство выпуска жидкой среды (например, пожарный шланг), согласно изобретению в основной емкости расположены по крайней мере две вытеснительные емкости, каждая из которых соединена газоводом с пороховым газогенератором и снабжена впускным клапаном, соединяющим вытеснительную емкость с основной, клапаном сброса остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном для соединения вытеснительной емкости с устройством выпуска жидкой среды (например, пожарным шлангом), при этом остеклованные пороховые заряды расположены в ячейках револьверной головки, размещенной в газогенераторе и установленной на корпусе основной емкости.

По другому варианту, в установке пожаротушения для любых высот возгорания, преимущественно стационарной для высотных объектов, содержащей основную емкость с жидкой средой, пороховой газогенератор, наддувающий емкость, и устройство выпуска жидкой среды (например, трубопровод), согласно изобретению в основной емкости расположены по крайней мере две вытеснительные емкости, каждая из которых соединена газоводом с пороховым газогенератором и снабжена впускным клапаном, соединяющим вытеснительную емкость с основной, клапаном сброса остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном для соединения вытеснительной емкости с устройством выпуска жидкой среды (например, трубопроводом), при этом остеклованные пороховые заряды расположены в ячейках револьверной головки, размещенной в газогенераторе и установленной на корпусе основной емкости, а устройство выпуска жидкой среды (например, трубопровод) соединено с магистральным трубопроводом, расположенным на стене высотного объекта и снабженным отводами, выполненными на технологических уровнях объекта.

Отличием установки является также то, что в вытеснительной емкости расположено плавающее тело, теплопроводность которого по сравнению с рабочей жидкостью меньше в 10...100 раз.

Расположение в основной емкости дополнительно еще одной вытеснительной емкости, соединенной с пороховым газогенератором, дает возможность создавать высокие избыточные давления (до 50 кг/см²) за счет истечения высокотемпературных (до 2200С) газов. При этом одна избыточная атмосфера способна поднять столб жидкости на 10 м. Безопасность установки обеспечивается применением небольших по объему (0.1 м³), а следовательно, разгруженных от больших напряжений емкостей, работающих попеременно на основную магистраль подачи жидкости и погруженных в жидкость основной емкости. Предлагаемая конструкция обеспечивает безопасность и в случае аварийного разрыва вытеснительной емкости в жидкость или свободный объем основной емкости.

Циклическое заполнение малых емкостей происходит автоматически из основной емкости. Устройство заполнения жидкостью вытеснительной емкости выполнено в виде впускного клапана, надежно запирающегося на эластичное уплотнение давлением среды, создающимся в процессе работы газогенератора. Такая конструкция не требует особой очистки воды. Конструкция проста и надежна в работе, поскольку не содержит сложных узлов, приводов и агрегатов.

Конструктивной особенностью является также то, что применяемые пороховые заряды в газогенераторах остеклованы с двух сторон и не могут быть разрушены внешним давлением. Пороховые заряды размещены таким образом, что они открыты с двух сторон, что позволяет избежать реактивного эффекта при несанкционированном пуске в работу газогенераторов.

Применение магистрального трубопровода, расположенного на стене высотного объекта и снабженного отводами, выполненными на технологических уровнях объекта, позволяет обеспечить подачу жидкой среды к месту тушения пожара, а выполнение условия эксплуатации магистрального трубопровода предварительно заполненным жидкой средой обеспечивает более эффективное использование установки пожаротушения. Особенностью применения магистрального трубопровода как элемента установки пожаротушения является то, что магистральный трубопровод должен обладать необходимой прочностью для того, чтобы выдерживать рабочее давление жидкой среды, создаваемое установкой пожаротушения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена конструкция установки в разрезе; на фиг.2 - вид на ячейку с зарядом (сечение А-А фиг.1); на фиг.3 - вид по Б-Б фиг.2; на фиг.4 изображена конструкция установки в разрезе по другому варианту; на фиг.5 - расположение зарядов в револьверной головке (сечение В-В фиг.4, фиг.8); на фиг.6 - сечение Д-Д фиг.5; на фиг.7 - сечение Г-Г фиг.4, фиг.8; на фиг.8 - изображена конструкция установки преимущественно стационарной для высотных объектов.

Установка пожаротушения содержит основную емкость 1 с жидкой средой 2 и вытеснительную емкость 3, расположенную в основной емкости и соединенную с ней впускным клапаном 4. На корпусе основной емкости 1 закреплен пороховой газогенератор 5, соединенный с вытеснительной емкостью 3 газоводом 6 для подачи горячих газов в вытеснительную емкость. Вытеснительная емкость 3 снабжена клапаном сброса 7 остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном 8 для соединения с устройством выпуска жидкой среды (например, пожарным шлангом) 9. В вытеснительной емкости расположено плавающее тело 10, теплопроводность которого по сравнению с рабочей жидкостью меньше в 10...100 раз. В ячейке 11 газогенератора размещен пороховой заряд 12, остеклованный 13 с двух сторон.

Установка работает следующим образом.

Газогенератор срабатывает по внешней команде, и пороховые газы по газоводу 6 поступают в вытеснительную емкость 3. Давлением впускной клапан 4 по периметру прижимается к уплотнению, а жидкость начинает вытесняться через обратный клапан 8 в устройство выпуска жидкой среды (например, пожарный шланг) 9. После чего срабатывает клапан сброса 7 остаточного давления, стравливая газ в жидкость основной емкости 1. Вытесненная ранее жидкость удерживается в устройстве выпуска жидкой среды 9 обратным клапаном 8. Выровненное давление позволяет открыться впускному клапану 4 и запустить в вытеснительную емкость 3 новую порцию жидкости. После загрузки порохового заряда 12 в ячейку 11 газогенератора 5 установка вновь готова к работе. Для наддува вытеснительной емкости используется газогенератор с пороховым зарядом на основе нитроглицериновых порохов, имеющих большую теплотворную способность (порядка 800-900 ккал/кг). С целью уменьшения теплопотерь в “зеркало” жидкости поверхность рабочей жидкости и раскаленный газовый поток разделяет плавающее тело 10 из материала с относительно низкой (по сравнению с рабочей жидкостью) теплопроводностью, например, из стали.

По другому варианту установка пожаротушения содержит основную емкость 1 с жидкой средой 2 и вытеснительную емкость 3, расположенную в основной емкости и соединенную с ней впускным клапаном 4. На корпусе основной емкости 1 закреплен пороховой газогенератор 5, соединенный с вытеснительной емкостью 3 газоводом 6 для подачи горячих газов в вытеснительную емкость. Вытеснительная емкость 3 снабжена клапаном сброса 7 остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном 8 для соединения с устройством выпуска жидкой среды (например, пожарным шлангом) 9. В вытеснительной емкости расположено плавающее тело 10, теплопроводность которого по сравнению с рабочей жидкостью меньше в 10...100 раз. В газогенераторе на оси 14 установлена револьверная головка 15, в каждой из ячеек 16 которой размещен пороховой заряд 12, остеклованный 13 с двух сторон.

По другому варианту в основной емкости 1 установки пожаротушения расположены по крайней мере две или более вытеснительные емкости 3, каждая из которых соединена газоводом 6 с газогенератором 5. Каждый из пороховых зарядов 12 остеклован 13 с двух сторон и размещен в ячейке 16 револьверной головки 15, установленной на оси 14 в газогенераторе 5.

По другому варианту установка пожаротушения преимущественно стационарная для высотных объектов содержит основную емкость 1 с жидкой средой 2 и вытеснительную емкость 3, расположенную в основной емкости и соединенную с ней впускным клапаном 4. На корпусе основной емкости 1 закреплен пороховой газогенератор 5, соединенный с вытеснительной емкостью 3 газоводом 6 для подачи горячих газов в вытеснительную емкость. Вытеснительная емкость 3 снабжена клапаном сброса 7 остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном 8 для соединения с устройством выпуска жидкой среды (например, трубопроводом) 9 и магистральным трубопроводом 17, расположенным на стене высотного объекта 18 и снабженным отводами, выполненными на технологических уровнях объекта 18. В вытеснительной емкости расположено плавающее тело 10, теплопроводность которого по сравнению с рабочей жидкостью меньше в 10...100 раз.

Установка работает следующим образом.

Одна из ячеек револьверной головки 15 совпадает с каналом газовода 6, сообщающимся с вытеснительной емкостью 3. При этом открытое с другой стороны отверстие ячейки заглушается. Газогенератор срабатывает, и пороховые газы поступают в вытеснительную емкость 3. Давлением впускной клапан 4 по периметру прижимается к уплотнению, а жидкость начинает вытесняться через обратный клапан 8 в устройство выпуска жидкой среды 9. При повторном цикле револьверная головка 15 проворачивается на одну ячейку. Вытесненная ранее жидкость удерживается в устройстве выпуска жидкой среды 9 обратным клапаном 8. Срабатывает клапан сброса 7 остаточного давления, стравливая газ в жидкость основной емкости 1. Выровненное давление позволяет отрыться впускному клапану 4 и запустить в вытеснительную емкость 3 новую порцию жидкости. После чего цикл повторяется. Для наддува вытеснительной емкости используется газогенератор с пороховым зарядом на основе нитроглицериновых порохов, имеющих большую теплотворную способность (порядка 800-900 ккал/кг). С целью уменьшения теплопотерь в “зеркало” жидкости поверхность рабочей жидкости и раскаленный газовый поток разделяет плавающее тело 10 из материала с относительно низкой (по сравнению с рабочей жидкостью) теплопроводностью, например, из стали.

Данные по эксплуатации штатного насоса высокого давления ПМ-40 (по данным пожарной охраны г. Челябинска).

1. Насосы допускают максимальный срок эксплуатации в течение пяти лет.

2. Средний срок службы 1 год 7 месяцев для насосов ПМ-40.

3. Насосы требуют 30-40 ремонтов в год.

4. Затраты только на запчасти составляют 3000 рублей на один ремонт.

5. Обеспечивают подачу воды на высоту не более 20 метров.

6. Пожарные рукава выдерживают давление до 250 кг/см².

Промышленная применимость

Предложенная вытеснительная схема подачи жидких сред может иметь широкий диапазон применения для тушения пожаров на различных высотах (до 500 м). Достаточно просто реализуема конструктивно.

К промышленному применению пригодна также при тушении лесных пожаров с просек и лесных дорог, поскольку за счет высоких давлений позволяет подать жидкую среду под углом на значительные расстояния (до 200 м) и за счет мелкого распыления частиц жидкости на таких расстояниях повысить их теплопоглощающую способность.

Подобная установка применима для опыления сельхозугодий с дорог к ним прилегающих и при этом безопасна при эксплуатации.

Источники информации

1. 621.01 Д446 Динамика машин и конструкций. Тематический сборник научных трудов. - Челябинск, 1988 г, с.32. Зайков М.С., Осипов У.Н., Тарасов С.И., Чернобривец М.Г. Способ снижения давления в пневмоприводах, наддуваемых газогенератором с быстрогорящим топливом.

2. В.А.Махин. Жидкостные ракетные двигатели. - М.: Дом техники, 1961, с.525.

Формула изобретения

1. Установка пожаротушения для любых высот возгорания, содержащая основную емкость с жидкой средой, пороховой газогенератор, наддувающий емкость и устройство выпуска жидкой среды (например, пожарный шланг), отличающаяся тем, что в основной емкости расположена вытеснительная емкость, соединенная газоводом с пороховым газогенератором, установленным на корпусе основной емкости, и снабженная впускным клапаном, соединяющим обе емкости, клапаном сброса остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном для соединения вытеснительной емкости с устройством выпуска жидкой среды (например, пожарным шлангом), при этом остеклованный пороховой заряд расположен в ячейке газогенератора.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что остеклованные пороховые заряды расположены в ячейках револьверной головки, размещенной в газогенераторе и установленной на корпусе основной емкости.

3. Установка пожаротушения для любых высот возгорания, содержащая основную емкость с жидкой средой, пороховой газогенератор, наддувающий емкость и устройство выпуска жидкой среды (например, пожарный шланг), отличающаяся тем, что в основной емкости расположены, по крайней мере, две вытеснительные емкости, каждая из которых соединена газоводом с пороховым газогенератором и снабжена впускным клапаном, соединяющим вытеснительную емкость с основной, клапаном сброса остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном для соединения вытеснительной емкости с устройством выпуска жидкой среды (например, пожарным шлангом), при этом остеклованные пороховые заряды расположены в ячейках револьверной головки, размещенной в газогенераторе и установленной на корпусе основной емкости.

4. Установка пожаротушения для любых высот возгорания, преимущественно стационарная для высотных объектов, содержащая основную емкость с жидкой средой, пороховой газогенератор, наддувающий емкость и устройство выпуска жидкой среды (например, трубопровод), отличающаяся тем, что в основной емкости расположены, по крайней мере, две вытеснительные емкости, каждая из которых соединена газоводом с пороховым газогенератором и снабжена впускным клапаном, соединяющим вытеснительную емкость с основной, клапаном сброса остаточного давления в основную емкость и обратным клапаном для соединения вытеснительной емкости с устройством выпуска жидкой среды (например, трубопроводом), при этом остеклованные пороховые заряды расположены в ячейках револьверной головки, размещенной в газогенераторе и установленной на корпусе основной емкости, а устройство подачи жидкой среды (например, трубопровод) соединено с магистральным трубопроводом, расположенным на стене высотного объекта и снабженным отводами, выполненными на технологических уровнях объекта.

5. Установка по п.1, или 3, или 4, отличающаяся тем, что в вытеснительной емкости расположено плавающее тело, теплопроводность которого по сравнению с рабочей жидкостью меньше в 10100 раз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8