Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для пожаротушения, а именно к устройствам, работающим автономно и в которых можно использовать технологию получения высоко концентрированных струй, имеющих большую дальность и мелкодисперсный состав капель.

Предлагаемая установка для пожаротушения может быть использована при тушении торфяника, лесных пожаров и т.д., т.к. ее конструкция обеспечивает увеличение скорости огнегасящей струи, повышая этим тушащие свойства струи, а именно, позволяет более глубокое проникновение рабочего тела внутрь горящего слоя.

Известна установка для пожаротушения, например устанавливаемая на автомобиле, которая состоит из емкости для огнегасящей жидкости, насоса высокого давления, связанного с емкостью и подающего жидкость в пожарный ствол (см. каталог “Пожарные машины”, 2002 г.).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является плавучая установка для пожаротушения, включающая монтажную раму, водяной насос высокого давления, связанное с ним водозаборное устройство, поворотный пожарный ствол, привод его поворота, компрессор и трубопроводы (см. патент РФ №2130794, по кл. А 62 С 29/00, 1999 г.).

Недостатками известных установок являются: ограниченная дальность полета огнегасящей струи и крупный размер ее капель, получаемый вследствие распада жидкой струи.

Ограниченную дальность полета струи можно объяснить двумя причинами:

1. Низким давлением в системе наноса, как правило не превышающим 10-20 атм (иначе установка получается очень тяжелой и громоздкой). Такое давление позволяет получать скорости истечения жидкости порядка 30-50 м/с.

2. Ограниченный расход огнегасящей жидкости, не превышающий 2-5 л/с, что связано с отсутствием необходимой мощности на борту средств передвижения установки.

Также недостатками известных конструкций являются:

- трудность переноса установки с одного носителя на другой, например, на самолет, вертолет и т.д.;

- возможные трудности с доставкой установки пожаротушения к зоне тушения пожаров в труднодоступные районы.

Указанные выше недостатки не позволяют применить такие установки для тушения очагов пожаров с высокой интенсивностью излучения, пожаров в высотных зданиях и т.д., т.к. требуется большая дальность струи, чтобы обеспечить безопасность самой установки.

Задачами, решаемыми предлагаемой конструкцией, являются:

- создание модульной установки, позволяющей получать струю огнегасящей жидкости с повышенной дальностью и скоростью полета и использовать ее как самостоятельно, так и в комплектации с различными носителями (автомобиль, самолет, вертолет и т.д);

- увеличение расхода подаваемой огнегасящей жидкости;

- снижение дисперсности капель огнегасящей жидкости.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием установки для пожаротушения, включающей монтажную раму, водяной насос высокого давления, накопительную емкость для жидкости, связанное с ней водозаборное устройство, поворотный пожарный ствол, привод его поворота, компрессор и трубопроводы, которая, согласно изобретению, снабжена газотурбинным двигателем с топливной системой, механически связанным с электрогенератором, компрессором и водяным насосом высокого давления, а компрессор и выхлопное сопло газотурбинного двигателя связаны с пожарным стволом, выполненным в виде газодинамического сопла, соединенного с ним устройства смешивания жидкости и газа, и имеющим дополнительное коаксиальное сопло, при этом водозаборное устройство выполнено в виде рукава, соединенного с насосом низкого давления, приводимого газотурбинным двигателем, причем система управления, которой снабжена установка, связана с приводом поворота пожарного ствола и электрогенератором.

Выполнение устройства смешивания жидкости и газа пожарного ствола в виде камеры формирования двухфазного газокапельного потока с входами для подачи жидкости и газа и установленной в ней камеры формирования двухфазного потока пузырьковой структуры, связанной с входом подачи жидкости и имеющей вход подачи газа, позволяет повысить эффективность тушения пожара за счет создания высокоскоростной мелкодисперсной газокапельной струи большой мощности и расхода жидкости. При этом давление в установке не превышает 10-5 атм, а установка может обеспечить дальность струи от 100 до 300 м.

Использование в предлагаемой установке газотурбинного двигателя, являющегося источником мощности, позволяет получать высокоэнергетическое газовое рабочее тело в виде сжатого воздуха.

Газовое рабочее тело получается либо отбором части сжатого воздуха от компрессора, либо от автономного компрессора, либо обоими способами совместно.

Снабжение установки пенообразующим устройством, связанным с узлом смешивания жидкости и газа пожарного ствола и выполненным в виде емкости с пенообразователем, соединенной трубопроводом с узлом его подачи в узел смешивания, позволяет тушить легковоспламеняющиеся жидкости, например бензин, керосин и т.д.

Изобретение характеризуется также тем, что выходные отверстия сопел газотурбинного двигателя и пожарного ствола направлены в противоположную сторону.

Это позволяет взаимно компенсировать их динамические импульсы, тем самым улучшить условия работы установки.

Расположение на монтажной раме водяного насоса высокого давления, водозаборного устройства, привода поворота пожарного рукава, компрессора и трубопроводов, газотурбинного двигателя с топливной системой, электрогенератора и системы управления установки позволяет использовать предлагаемое изобретение с любым типом носителей, что обеспечивает установке высокую мобильность и эффективность работы.

Предлагаемая установка для пожаротушения поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами, где:

на фиг.1 показана схема установки для пожаротушения;

на фиг.2 - вариант выполнения устройства смешивания жидкости и газа.

Установка для пожаротушения включает монтажную раму 1, установленные на ней газотурбинный двигатель с топливной системой 2, соединенный с ним механически, например, трансмиссией 3 водяной насос высокого давления 4, водозаборное устройство, привод поворота пожарного ствола 5, воздушный компрессор 6 и трубопроводы, систему управления установки 7, связанная с электрогенератором 8 и приводом поворота пожарного ствола 5.

Газотурбинный двигатель, включающий компрессор двигателя 9 и выхлопное сопло 10, связан с пожарным стволом, выполненным в виде газодинамического сопла 11, соединенного с ним устройства смешивания жидкости и газа, и имеющим дополнительное коаксиальное сопло 12.

Так как выброс огнегасящей жидкости из пожарного ствола сопровождается возникновением соответствующей реактивной силы, то для ее компенсации выходные отверстия сопел газотурбинного двигателя и пожарного ствола направлены в противоположные стороны, при этом выходное сопло газотурбинного двигателя соединено с коаксиальным соплом 12 пожарного ствола.

Пожарный ствол может быть установлен отдельно от монтажной рамы 1 в зависимости от условий размещения установки на транспортном носителе, но обязательно он соединен трубопроводом с насосом высокого давления 4, воздушным компрессором 6, компрессором двигателя 9 и с приводом поворота ствола 5.

Известно, чем меньше размер капель имеет дисперсный поток, тем более высокую скорость жидкости возможно получить на выходе из газокапельного сопла и, следовательно, большую дальность струи при прочих равных условиях, и улучшение тушащих свойств струи, так как более мелкие капли быстрее испаряются.

Для этого в предлагаемой установке устройство смешивания жидкости и газа пожарного ствола выполнено в виде камеры формирования двухфазного газокапельного потока 13 с входами для подачи жидкости 14 и газа 15 и установленной в ней камеры формирования двухфазного потока пузырьковой структуры 16, связанной с входом подачи жидкости 14 и имеющей вход подачи газа 17.

Водозаборное устройство выполнено в виде приемного рукава 18, соединенного с насосом низкого давления 19, связанного с газотурбинным двигателем, и соединено через обратные клапаны 20 с накопительной емкостью для жидкости 21.

Пенообразующее устройство, связанное с устройством смешивания жидкости и газа пожарного ствола, выполнено в виде емкости с пенообразователем 22, соединенной трубопроводом 23 с закрывающим краном 24 с узлом его подачи 25 в узел смешивания.

Работа предлагаемой установки пожаротушения происходит следующим образом:

Предварительно автономную установку подготавливают к работе, заполняя емкости 22 пенообразователем, а емкость 21 жидкостью. Закрепляют ее на транспортном носителе, например, вертолете и доставляют в зону тушения пожара. Установку располагают на необходимом расстоянии от очага пожара.

Затем запускают газотурбинный двигатель, который через механическую трансмиссию приводят в движение насос высокого давления 4, воздушный компрессор 6, электрогенератор 7.

Насос высокого давления по трубопроводам подает огнегасящую жидкость из накопительной емкости жидкости 21 в устройство смешивания жидкости и газа, а воздушный компрессор подает туда же и сжатый воздух, необходимый для диспергирования жидкости. При этом часть сжатого воздуха поступает в устройство смешивания от компрессора двигателя 9. В устройстве смешивания происходит образование газокапельного потока, который разгоняется до рабочей скорости в газодинамическом сопле 11. Сопло 11 окружено коаксиальным соплом 12, которое позволяет увеличить дальнобойность газокапельной струи. В коаксиальное сопло подают часть выхлопных газов газотурбинного двигателя, обладающих большой скоростью и температурой.

С целью максимального покрытия зоны пожара с помощью системы управления установки 7 и привода поворота 5 пожарного ствола, его поворачивают в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В случае тушения легковоспламеняющихся жидкостей применяют пенообразователь, которым заполнена емкость 22. Для этого открывают закрывающий кран 24, и пенообразователь по трубопроводу 23 поступает через узел его подачи 25, например, эжекторного типа, в устройство смешивания.

Смешиваясь с огнегасящей жидкостью, пенообразователь создает на выходе из пожарного ствола пену, которая покрывает очаг пожара, прекращая поступление кислорода, необходимого для горения.

При использовании всего запаса огнегасящей жидкости в накопительной емкости 21 возможно наполнение ее дополнительным количеством жидкости от внешнего источника, например, водоема или автоцистерны.

В первом случае (водоем) включают насос низкого давления 19, работающий от газотурбинного двигателя, через муфту сцепления 26, причем насос 19 соединен с приемным рукавом 18, который через обратные клапаны 20 связан с накопительной емкостью для жидкости 21, и начинают закачивание жидкости.

В случае пополнения запаса жидкости от пожарной машины насос низкого давления не используют, т.к. у машины есть свои насос, который и используют.

В данной ситуации приемный рукав 18 через обратные клапаны 20 непосредственно будет связан с накопительной емкостью для жидкости 21.

В случае использования устройства смешивания жидкости и газа пожарного ствола в виде камеры формирования двухфазного газокапельного потока 13 и установленной в ней камеры формирования двухфазного потока пузырьковой структуры 16, создают газокапельную струю следующим образом:

Газовое рабочее тело распределяют на два потока: первый поток направляют на формирование двухфазного потока пузырьковой структуры, а второй используют в газокапельном сопле для разгона двухфазного потока дисперсной (газокапельной) структуры. Двухфазный поток пузырьковой структуры получают путем подмешивания первого потока газа к жидкости либо в начальном сечении подачи жидкости, либо после ее предварительного разгона для снижения давления, в камере формирования двухфазного газокапельного потока 13.

Пузырьковый поток из второго сопла (или диффузора) направляется в камеру смешивания, где происходит его интенсивное разрушение с изменением его структуры, возможно с образованием ударных волн, в зависимости от значений параметров, т.е. переходом из пузырьковой структуры в дисперсную с образованием мелких капель. Одновременно в эту камеру смешения поступает второй поток газа, который смешивается с дисперсным потоком жидкости, образуя газокапельную смесь. Полученная таким образом газокапельная смесь направляется в третье (газокапельное) сопло, в котором разгоняется до заданной скорости и создает на выходе из сопла высоко скоростную газокапельную концентрированную струю с мелкодисперсными каплями.