МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ПОЖАРОТУШЕНИЯ С ГЕНЕРИРОВАНИЕМ ПЕНЫ КОМПРЕССИОННЫМ СПОСОБОМ

Изобретение относится к противопожарной техники, а именно к противопожарным наземным транспортным средствам с генерированием пены компрессионным способом.

Из журнала «Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», издаваемого Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Воронежский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий», выпуска №1 (6) / том 1 / 2015, в статье «Переносная установка получения компрессионной (газонаполненной) пены» (авторы Шавалеев М.Р., Кокшаров А.В.), известна установка для создания компрессионной (газонаполненной) пены, которая, как указано, является одним из наиболее эффективных огнетушащих веществ, поскольку ее действие одновременно направлено на охлаждение зоны горения и изоляцию от кислорода воздуха. Кроме того, использование компрессионной пены в сравнении с водой обладает рядом преимуществ: низкая отдача и легкость удержания пожарного ствола при подаче тушащего агента; низкий вес рукава, что облегчает перемещение ствольщика; возможность подачи пены по сухотрубу на высоту до 250 метров при давлении в системе не более 10 атм; низкое парообразование, что приводит к улучшению видимости при тушении, повышению точности подачи пены и снижению риска ожогового травматизма пожарных; низкая теплопроводность пены, что облегчает работу в условиях низких температур. Также в указанном источнике информации раскрыта схема переносной установки, состоящая из металлического трубопровода, концы которого содержат соединительные головки для подсоединения к рукавным линиям с одной стороны к пожарному насосу (насосу для подачи воды) и с другой к устройству подачи пены в очаг пожара (пожарный рукав, ручной ствол, лафетный ствол); системы дозировки и подачи пенообразователя (пенообразующего концентрата); и системы подачи воздуха из баллонов средства индивидуальной защиты органов дыхания (далее - СИЗОД) через редуктор. Так, система дозировки и подачи пенообразователя, предназначенная для подачи и дозирования пенообразователя в установку из сторонней емкости, включает погружной насос, который забирает пенообразователь из сторонней емкости и под давлением транспортирует ее к подающему устройству. Подающее устройство конструктивно представляет собой трубку Пито, загнутый конец которой повернут по направлению движения жидкости. Для дозировки пенообразователя перед подающим устройством расположен кран, открыванием или закрыванием которого регулируется насыщенность раствора пенообразователя. Пенообразователь под действием складывающегося турбулентного режима смешивается с водой. При этом качественные показатели компрессионной пены регулируются расходом раствора пенообразователя с помощью крана. Предлагаемая в указанной статье конструкция переносной установки получения компрессионной пены преимущественно направлена на модернизацию существующих мобильных противопожарных установок с целью расширения их функциональности при одновременном снижении себестоимости такого расширения. Недостатками известной установки являются:

- необходимость использования баллонов со сжатым воздухом;

- необходимость оперативной ручной настройки модернизированной противопожарной установки, при которой ручную настройку необходимо осуществлять, в том числе, при изменении давления подачи любого компонента пены (воды, пенообразующего концентрата, сжатого воздуха), например, при работе установки от водоисточника с подпором (пожарных гидрантов и т.п.), а также при изменении давления на выходе, зависящего от гидравлического сопротивления напорных рукавов, по которым осуществляется подача готовой пены, и от геометрической высоты подъема пены по этим рукавам;

- отсутствие автоматизации процесса создания компрессионной пены, поскольку в системах дозировки и подачи пенообразователя и подачи воздуха из баллонов СИЗОД отсутствуют управляющие работой устройств контроллеры, осуществляющие управления в зависимости от требуемых и текущих характеристик готовой пены, из-за чего требуется ручная настройка подачи компонентов пены;

- отсутствие элементов обслуживания предложенной установки, в том числе системы осушения и промывки.

Также, из патента на изобретение РФ №2580779, опубликованного 10.04.2016 г., МПК А62С 27/00, известен мобильный роботизированный комплекс пожаротушения, включающий систему пожаротушения компрессионной пеной, состоящую из смесителя, центробежного насоса, электромагнитных клапанов, реле давления, вспомогательного трубопровода высокого давления, лафетного пожарного ствола и преобразователя давления (редуктора). В смесителе предусмотрено подключение пожарного рукава от автоцистерны или пожарного гидранта и пенообразователя через входные патрубки с быстросъемными соединительными головками. Центробежный насос с гидроприводом обеспечивает производительность 31 л/с. Кроме того, трубопровод высокого давления имеет быстросъемное соединение для подключения дополнительного пожарного рукава к ручному стволу (брандспойту). Также, указанная система пожаротушения включает пеногенерирующее устройство, емкость с водой, емкость со сжатым воздухом и емкость с пенообразователем. Основным элементом указанной установки является пеногенерирующее устройство, которое обеспечивает формирование воздушномеханической пены низкой кратности (компрессионной пены) с применением сжатого воздуха, при котором, воздух подается в систему из баллона высокого давления через редуктор, обеспечивающий снижение давления до рабочего уровня. Хранение пенообразователя осуществляется в специальном баке. В дежурном режиме бак находится под атмосферным давлением, при пуске установки надувается воздухом. Смесь используется при тушении пожаров вдали от водоемов и в случае пожаров, требующих проведения пожарных мероприятий высокой сложности.

Полученная компрессионная пена подается через лафетный ствол на очаг пожара. Недостатками раскрытой установки являются:

- необходимость использования баллонов со сжатым воздухом, обеспечивающих подачу не только сжатого воздуха, но и подачу пенообразователя, что в случае окончания сжатого воздуха в баллонах делает невозможным тушение пожара с помощью компрессионной пены;

- отсутствие элементов обслуживания предложенной установки, в том числе системы осушения и промывки.

Наиболее близким аналогом предлагаемой мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом является установка пожаротушения CAFSPro (fire extinguishing system CAFSPro) производства компании HALE PRODUCTS, INC, раскрытое в руководстве пользователя, опубликованном на интернет сайте:

https://lacountyfirefighters.org/items/QMAX_MUSCLE_PUMP_CAFS_Manual.pdf

Известная установка пожаротушения представляет собой техническую систему, в состав которой входят следующие основные элементы: насос центробежный пожарный (пожарный насос или насос для подачи воды), обеспечивающий подачу воды с необходимым избыточным давлением; насос объемного типа, обеспечивающий подачу и впрыск (инжекцию) пенообразующего концентрата в поток воды с целью получения исходного пенообразующего раствора (пенный насос); дозирующее устройство, обеспечивающее автоматическое регулирование количества пенообразующего концентрата (далее - ПО), направляемого на впрыск в поток воды (дозатор ПО); воздушный компрессор, обеспечивающий подачу сжатого воздуха в исходный пенообразующий раствор, после перемешивания с которым в установке генерируется готовая пена (компрессор); механическая трансмиссия, обеспечивающая привод воздушного компрессора от вала пожарного насоса посредством ременной передачи (ременная передача); смесительная камера, обеспечивающая генерирование пены путем перемешивания исходного пенообразующего раствора и сжатого воздуха (смесительная камера); измерительные устройства, электронные блоки управления, запорно-регулирующая арматура, трубопроводы и другие элементы коммутации.

Принцип работы указанного технического решения основан на получении пены из трех исходных компонентов: воды, пенообразующего концентрата и сжатого воздуха, которые в определенной дозировке поступают в смесительную камеру, где, подвергаясь интенсивному барботированию, превращаются в готовую пену за счет наличия у исходной жидкости поверхностно активных свойств.

При этом в зависимости от типа используемого пенообразующего концентрата, а также в зависимости от того, какую плотность пены требуется получить на выходе установки в каждом конкретном случае ее использования (что определяется тактикой пожаротушения), соотношение указанных составляющих компонентов пены (воды, пенообразователя и сжатого воздуха) может варьироваться оператором при помощи соответствующих предустановок. В частности, в тех или иных случаях для пожаротушения может применяться или более легкая пена - с большим относительным содержанием воздуха, которую принято называть "сухой", или более тяжелая - с меньшим относительным содержанием воздуха, которую принято называть "мокрой".

Требуемые пропорции составляющих компонентов пены, вводимые оператором в качестве предустановок, обеспечиваются при помощи специальных автоматических регуляторов, которые, в зависимости от текущего расхода воды, осуществляют дозированный впрыск нужного количества пенообразующего концентрата и нужного количества сжатого воздуха.

Дозирование пенообразующего концентрата осуществляется при помощи специального пенного насоса и дозатора ПО. Дозирование осуществляется за счет вариации частоты вращения пенного насоса, производительность которого изменяется квазипропорционально частоте вращения. Требуемое (целевое) значение частоты вращения рассчитывается по заданной пропорции, исходя из текущего расхода воды. Расход воды измеряется непрерывно при помощи соответствующего прибора -расходомера воды.

Дозирование сжатого воздуха осуществляется при помощи специальной пневмоаппаратуры, управляемой автоматически по показаниям воздушного расходомера и заданных предустановок, в зависимости от текущего расхода воды. При этом частота вращения компрессора не регулируется, поскольку она определяется только параметрами ременной передачи и частотой вращения пожарного насоса, а последняя выставляется оператором по критерию получения нужного давления воды на выходе из пожарного насоса.

Недостатком указанного технического решения, раскрытого в ближайшем аналоге, является ограниченность его применения при работе от водоисточников с подпором (пожарных гидрантов и т.п.), которая обусловлена наличием единого привода компрессора и пожарного насоса, поскольку при наличии подпора на входе в пожарный насос, для получения нужного давления на его выходе необходимо задавать вращение пожарного насоса с пониженными оборотами (вплоть до полной его остановки), в то время, как для компрессора, соединенного с пожарным насосом механической трансмиссией, такого вращения оказывается недостаточно для того, чтобы обеспечить нужную производительность по сжатому воздуху, при этом, дополнительными недостатками использования единого привода компрессора и пожарного насоса являются невозможность обеспечить разнесенный монтаж этих элементов в отсеках автомобиля, а также невозможность выполнять регулирование скорости вращения компрессора, в частности, обеспечивать плавный пуск и остановку.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение надежности и производительности работы мобильной установки пожаротушения.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в возможности получения необходимой по напору и плотности пены при любых режимах работы насоса для подачи воды, в том числе без включения насоса подачи воды, если напор воды в пожарном гидранте будет достаточным для осуществления подачи воды без добавочного увеличения напора насосом подачи воды, либо с включением насоса подачи воды на пониженных оборотах, в частности, при заборе воды из пожарных гидрантов с недостаточным подпором, а также в обеспечении возможности выполнять регулирование скорости вращения компрессора, в частности, в обеспечении плавного пуска и остановки компрессора.

Указанный технический результат достигается за счет того, что мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом, включающая смесительную камеру, соединенную на выходе с устройством подачи пены в очаг пожара, и связанные со входом смесительной камеры трубопроводами систему подачи воды, включающую насос подачи воды с приводом, систему подачи пенообразующего концентрата, включающую пенный насос с приводом пенного насоса, а также систему подачи воздуха, включающую воздушный компрессор с приводом, согласно заявленному решению, дополнительно снабжена приводным двигателем, а приводы воздушного компрессора и пенного насоса выполнены в виде кинетически соединенных с приводным двигателем регулируемой гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора и регулируемой гидравлической трансмиссии привода пенного насоса.

Преимущественно в качестве приводного двигателя установлен двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель.

При этом, регулируемая гидравлическая трансмиссия привода воздушного компрессора может включать в себя регулируемый гидравлический насос и соединенный с ним трубопроводами нерегулируемый гидромотор привода воздушного компрессора.

Также, регулируемая гидравлическая трансмиссия привода пенного насоса может включать в себя регулируемый гидравлический насос и соединенный с ним трубопроводами нерегулируемый гидромотор привода пенного насоса.

Кроме того, система подачи воды может содержать последовательно установленные на трубопроводе между насосом подачи воды и смесительной камерой водяной кран, расходомер воды, кран для слива воды, дроссельная задвижка с электроприводом и обратный клапан, а также может быть снабжена электронным блоком управления дроссельной задвижкой, при этом электрический выход расходомера воды электрически связан со входом электронного блока управления дроссельной задвижкой, а выход электронного блока управления дроссельной задвижкой соединен электрическим проводником со входом электропривода дроссельной задвижкой.

Помимо этого, система подачи пенообразующего концентрата может включать емкость для пенообразующего концентрата и последовательно установленные на трубопроводе между емкостью для пенообразующего концентрата и смесительной камерой кран подачи пенообразующего концентрата, пенный насос, кран для слива пенообразующего концентрата, расходомер пенообразующего концентрата, обратный клапан пенообразующего концентрата, а также может быть снабжена электронным блоком управления системы подачи пенообразующего концентрата, входы которого соединены электрическими проводниками с выходами датчика вращения пенного насоса и расходомера пенообразующего концентрата, а выход соединен электрическим проводником со входом регулируемого гидравлического насоса гидравлической трансмиссии привода пенного насоса.

Также, система подачи воздуха может быть соединена с системой подачи воды трубопроводом, содержащим последовательно установленные обратный клапан осушения и кран осушения.

Система подачи воды может быть соединена с системой подачи пенообразующего концентрата трубопроводом, содержащий кран промывки.

При этом, система подачи воздуха может быть снабжена последовательно установленными на трубопроводе между воздушным компрессором и смесительной камерой трехходовым краном и обратным клапаном воздуха, а также электронным блоком управления системы подачи воздуха, выход которого соединен электрическим проводником со входом регулируемого гидравлического насоса гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора, а вход которого соединен с датчиком вращения воздушного компрессора.

Ко всему прочему, электрический вход электронного блока управления системы подачи пенообразующего концентрата и электрический вход электронного блока управления системы подачи воздуха электрически могут быть связаны с электрическим выходом расходомера воды или с электрическим выходом электронного блока управления дроссельной задвижкой.

Приводы воздушного компрессора и пенного насоса преимущественно выполнены независимыми от привода пожарного насоса.

Также, мобильная установка пожаротушения может быть установлена на шасси наземного транспортного средства или на железнодорожных подвижных платформах.

Заявляемое изобретение проиллюстрировано графическим материалом, где на фигуре показана функциональная схема мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом.

Предлагаемое техническое решение - мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом, поясняется конкретным исполнением, описанным ниже, однако, приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заявленного технического результата.

Мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом, включает смесительную камеру 1, соединенную на выходе с устройством 2 подачи пены в очаг пожара, и связанные со входом смесительной камеры 1 трубопроводами систему подачи воды, включающую насос подачи воды (на схеме не показан) с приводом, систему подачи пенообразующего концентрата, включающую пенный насос 3 с приводом пенного насоса, а также систему подачи воздуха, включающую воздушный компрессор 4 с приводом. При этом, мобильная установка пожаротушения дополнительно снабжена приводным двигателем 5, а приводы воздушного компрессора 4 и пенного насоса 3 выполнены в виде кинетически соединенных с приводным двигателем 5 регулируемой гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора 4 и регулируемой гидравлической трансмиссии привода пенного насоса 3.

В качестве приводного двигателя 5 установлен двигатель внутреннего сгорания. Вместо двигателя внутреннего сгорания может быть использован электродвигатель.

Регулируемая гидравлическая трансмиссия привода воздушного компрессора 4 включает в себя регулируемый гидравлический насос 6 и соединенный с ним трубопроводами нерегулируемый гидромотор 7 привода воздушного компрессора 4.

Регулируемая гидравлическая трансмиссия привода пенного насоса 3 включает в себя регулируемый гидравлический насос 8 и соединенный с ним трубопроводами нерегулируемый гидромотор 9 привода пенного насоса 3.

Система подачи воды содержит последовательно установленные на трубопроводе между насосом подачи воды (на схеме не показан) и смесительной камерой 1 водяной кран 10, расходомер 11 воды, кран для слива воды 12, дроссельная задвижка 13 с электроприводом (электропривод на схеме на показан) и обратный клапан 14, а также снабжена электронным блоком 15 управления дроссельной задвижкой 13, при этом электрический выход расходомера 11 воды электрически связан со входом электронного блока 15 управления дроссельной задвижкой 13, а выход электронного блока 15 управления дроссельной задвижкой 13 соединен электрическим проводником со входом электропривода дроссельной задвижкой 13.

Система подачи пенообразующего концентрата включает емкость для пенообразующего концентрата (на фигуре не показана) и последовательно установленные на трубопроводе между емкостью для пенообразующего концентрата и смесительной камерой 1 кран 16 подачи пенообразующего концентрата, пенный насос 3, кран 17 для слива пенообразующего концентрата, расходомер 18 пенообразующего концентрата, обратный клапан 19 пенообразующего концентрата, а также снабжена электронным блоком 20 управления системы подачи пенообразующего концентрата, входы которого соединены электрическими проводниками с выходами датчика 21 вращения пенного насоса 3 и расходомера 18 пенообразующего концентрата, а выход которого соединен электрическим проводником со входом регулируемого гидравлического насоса 8 гидравлической трансмиссии привода пенного насоса 3.

Система подачи воздуха соединена с системой подачи воды трубопроводом, содержащим последовательно установленные обратный клапан 22 осушения и кран 23 осушения.

Кроме того, система подачи воды соединена с системой подачи пенообразующего концентрата трубопроводом, содержащий кран 24 промывки.

Система подачи воздуха снабжена последовательно установленными на трубопроводе между воздушным компрессором 4 и смесительной камерой 1 трехходовым краном 25 и обратным клапаном 26 воздуха, а также электронным блоком 27 управления системы подачи воздуха, выход которого соединен электрическим проводником со входом регулируемого гидравлического насоса 6 гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора 4, а вход которого электрически соединен с выходом датчика 28 вращения воздушного компрессора 4.

Помимо этого, электрический вход электронного блока 20 управления системы подачи пенообразующего концентрата и электрический вход электронного блока 27 управления системы подачи воздуха электрически связаны с электрическим выходом расходомера 11 воды (связь на фигуре не показана). Для получения данных о текущем расходе воды указанные электрические входы могут быть электрически связаны с электрическим выходом электронного блока управления 15 дроссельной задвижкой 13, который получает эти данные от расходомера 11 воды.

Приводы воздушного компрессора 4 и пенного насоса 3 выполнены независимыми от привода пожарного насоса (на фигуре не показан).

Мобильная установка пожаротушения установлена на шасси наземного транспортного средства (на фигуре не показано), при этом она может быть установлена на железнодорожных подвижных платформах.

Также функциональная схема мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом, изображенная на фигуре, содержит следующие вспомогательные элементы, входящие в состав установки пожаротушения, в том числе: теплообменник 29, обеспечивающий охлаждение масла в регулируемой гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора 4 и регулируемой гидравлической трансмиссии привода пенного насоса 3; предохранительные клапаны 30 и 31, обеспечивающие защиту регулируемой гидравлической трансмиссии привода воздушного компрессора 4 и регулируемой гидравлической трансмиссии привода пенного насоса 3 от превышающего заложенные показатели давления масла; датчик 32 давления воды, датчик 33 давления пенообразующего концентрата и датчик 34 давления воздуха, обеспечивающие оператора информацией о текущем состоянии системы; датчик 35 заполнения системы подачи пенообразующего концентрата, электрический выход которого связана со входом электронного блока 20 управления системы подачи пенообразующего концентрата.

Мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом работает следующим образом.

Необходимый напор воды подается в систему подачи воды с помощью насоса подачи воды (на фигуре не показан) из резервуара (емкости) (на фигуре не показана), либо с помощью пожарного гидранта без добавочного увеличения напора воды насосом подачи воды, либо с помощью пожарного гидранта с добавочным увеличением напора воды насосом подачи воды, что выбирается в зависимости от места эксплуатации установки. В системе подачи воды напор воды контролируется электронным блоком 15управления с помощью расходомера 11 воды, и изменяется по необходимости с помощью дроссельной задвижки 13, после которой вода поступает через обратный клапан 14 в смесительную камеру 1.

Приводной двигатель 5 приводит в движение гидравлический насос 6 и гидравлический насос 8.

В зависимости от напора воды, данные о котором поступают от расходомера 11 воды (либо электронного блока 15 управления) в электронный блок 20 управления системы подачи пенообразующего концентрата, последний управляет работой регулируемого гидравлического насоса 8 гидравлической трансмиссии привода, который приводит в движение нерегулируемый гидромотор 9, который в свою очередь является приводом пенного насоса 3. При этом электронный блок 20 управления системы подачи пенообразующего концентрата получает данные о частоте вращение пенного насоса 3 с помощью датчика 21 вращения пенного насоса, о расходе пенообразующего концентрата с помощью расходомера 18, а также о заполнении системы подачи пенообразующего концентрата с помощью датчика 35 заполнения. В зависимости от необходимых качеств пены - более легкая («сухая») пена или более тяжелая («мокрая») пена при различном напоре воды, пенный насос 3 подает из резервуара (емкости) (на фигуре не показана) пенообразующий концентрат через обратный клапан 19 в смесительную камеру 1 необходимое количество пенообразующего концентрата с необходимым напором.

В зависимости от напора воды, данные о котором поступают от расходомера 11 воды (либо электронного блока 15 управления) в электронный блок 27 управления системы подачи воздуха, последний управляет работой регулируемого гидравлического насоса 6 гидравлической трансмиссии привода, который приводит в движение нерегулируемый гидромотор 7, который в свою очередь является приводом компрессора 4. Электронный блок 27 управления системы подачи воздуха получает данные о частоте вращение компрессора 4 с помощью датчика 28 вращения компрессора. В зависимости от необходимых качеств пены - более легкая («сухая») пена или более тяжелая («мокрая») пена при различном напоре воды, компрессор 4 подает сжатый воздух через обратный клапан 26 в смесительную камеру 1 необходимое количество воздуха под необходимым давлением.

Оператор мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом может контролировать работу системы подачи воды с помощью датчика 32 давления воды, работу системы подачи пенообразующего концентрата с помощью датчика 33 давления пенообразующего концентрата и работу системы подачи воздуха с помощью датчика 34 давления воздуха. На основании полученных данных оператор может увеличивать напор подачи воды, в том числе с помощью регулирования открытия дроссельной задвижки 13, одновременно с этим при заданном типе пены системы подачи пенообразующего концентрата и подачи воздуха автоматически можно изменить напор подачи пенообразующего концентрата и давления подаваемого воздуха. При этом, в соответствии с требуемыми параметрами, оператор также может изменить напор подачи пенообразующего концентрата и давление подаваемого воздуха независимо от напора подаваемой воды.

В смесительной камере 1, куда поступают под давлением необходимое количество воды, пенообразующего концентрата и воздуха, происходит интенсивное барботирование, при котором указанные компоненты превращаются в готовую пену. Готовая пена из смесительной камеры 1 поступает в устройство 2 подачи пены в очаг пожара.

После использования мобильной установки пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом в режиме получения компрессионной пены указанная установка может быть промыта путем закрытия водяного крана 10, открытия крана 24 промывки, закрытия крана 16 подачи пенообразующего концентрата, и подачи воды с помощью насоса подачи воды (на фигуре не показан) под давлением через систему подачи пенообразующего концентрата до полной очистки от остатков пенообразующего концентрата. После чего, мобильная установка пожаротушения с генерированием пены компрессионным способом может быть просушена путем закрытия трехходового крана 25, открытия крана 23 осушения, закрытия крана подачи воды (на фигуре не показан), открытия водяного крана 10, открытия крана 24 промывки, закрытия крана 16 подачи пенообразующего концентрата, и подачи воздуха с помощью компрессора 4 через обратный клапан 22 осушения, систему подачи воды и систему подачи пенообразующего концентрата, в том числе через открытые кран 17 для слива пенообразующего концентрата и кран 12 для слива воды, до их осушения.