RU222925U1 - Устройство для подогрева жидкости в пожарных рукавах - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к противопожарной технике, в частности к техническим средствам, повышающим эффективность применения рукавного хозяйства при тушении пожаров и проведения АСР в низкотемпературных условиях. Технической задачей заявляемой полезной модели является разработка эффективной и экономичной, компактной конструкции теплогенератора, предназначенного для снижения темпов льдообразования в рукавах и обеспечения необходимой интенсивности подачи огнетушащей жидкости в течение всего времени тушения пожара, повышения надежности и ресурса напорных рукавов в низкотемпературных условиях посредством подогрева потока, обеспечивающего увеличение их длины без перемерзания, и которое достигается реализацией в его конструкции физического явления кавитации и причем без значительных материальных затрат. «Устройство…» смонтировано в корпусе пожарного гидроэлеватора Г-600А, у которого полностью заглушена фильтрующая решетка и применен каскад из четырех кавитирующих элементов, т.е. он является 4-хступенчатым статическим теплогенератором кавитаторного типа. Для увеличения эффективности подогрева огнетушащей жидкости корпус аппарата эффективно теплоизолируют. На первой ступени «Устройства…», т.е. на двух винтообразных кавитирующих стальных пластинах с одинаковыми углами закрутки, но со спиралями, направленными в противоположные стороны, значительно увеличивается турбулентное вихреобразное движение жидкости. Затем нестационарные гидромеханические процессы в нем еще более усиливаются в крутозагнутом колене - суть второй ступени «Устройства…». Далее, поток истекает из спрыска сопла диаметром 25 мм, где имеет место местное повышение его скорости при снижении давления. Таким образом, кавитация уже становится гидродинамической. Четвертая ступень «Устройства…» - резкое расширение потока. Таким образом, поставленная задача решилась тем, что разработана, изготовлена в металле, протестирована, апробирована и предлагается к применению с пожарным насосом типоразмера ПН-40 конструкция статического 4-ступенчатого «Устройства…» кавитаторного типа, которое обеспечивает повышение эффективности тушения и сохранение ресурса пожарных напорных рукавов, уменьшение трудоемкости работ по разборке рукавных линий в низкотемпературных условиях. Технологическим преимуществом «Устройства…» является исключение необходимости применения специального оборудования для реализации внешнего подогрева рукавной арматуры и, соответственно, связанных с ним предварительных операций для осуществления розжига теплоисточников внешнего нагрева - паяльных ламп, горелок и т.д., необходимых для минимизации усилий при разборке рукавных линий в низкотемпературных условиях после окончания боевых действий по тушению пожаров или проведения АСР. Данное энергонезависимое теплогенерирующее «Устройство…» обладает небольшими массогабаритными характеристиками. Его предполагается стационарно разместить в насосном либо смежных отсеках пожарного автомобиля. Представленные технические решения конструктивно и технологически просты и могут легко быть реализованы на основных пожарных автомобилях как вновь выпускаемых производством, так и находящихся в эксплуатации. Предложенное «Устройство…» может найти широкое применение в практике пожарно-спасательных подразделений северных регионов страны.

Description

Полезная модель относится к противопожарной технике, в частности к техническим средствам, повышающим эффективность эксплуатации пожарных напорных рукавов в низкотемпературных условиях.

Подача воды по рукавным линиям зимой не остается постоянной. Она постепенно уменьшается. Из практики пожаротушения в условиях низких температур известно, что на крупных пожарах уже через 1,5…2 часа резко уменьшается подача воды вследствие образования льда на металлических деталях арматуры рукавных линий, а также на внутренних поверхностях рукавов [см. Плеханов В.И. Организация работы тыла на пожаре. М.: Стройиздат, 1987. 128 с.].

Вода в рукавных линиях замерзает, так как отдает теплоту в окружающее пространство. Количество теряемой теплоты пропорционально разности температур воды и окружающего воздуха и возрастает с уменьшением скорости движения воды. Таким образом, по мере движения воды по рукавной линии температура ее понижается. С теплофизической точки зрения для предупреждения замерзания воды в рукавных системах в низкотемпературных условиях, очевидно необходимо подавать по ним горячую воду.

При разборке замерзших рукавных линий в процессе свертывания сил и средств после окончания боевых действий по тушению пожаров или ликвидации ЧС резко возрастают усилия и время необходимые для рассоединения рукавных головок. Кроме того, напорные рукава невозможно убрать в скатки, что значительно усложняет их транспортирование в подразделение. Это одна из причин того, что в районах с низкими температурами до 35% рукавов списываются ранее установленного срока [см. Алешков М.В. Повышение работоспособности напорных рукавных линий при тушении пожаров в условиях низких температур: дис…канд. техн. наук / М. В. Алешков М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990. 293 с.].

Таким образом, вопросы обеспечения теплоустойчивости пожарных насосно-рукавных систем (ПНРС) в низкотемпературных условиях являются весьма и весьма актуальными.

Практика пожаротушения при низких температурах весьма нуждается в разработке эффективных и экономичных конструкций устройств по подогреву воды в рукавах, а также и комплекса эксплуатационных мер в дополнении к уже известным. Экспериментальными исследованиями установлено [см. Алешков М.В. Повышение работоспособности напорных рукавных линий при тушении пожаров в условиях низких температур: дис…канд. техн. наук / М. В. Алешков М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990. 293 с.], что нагрев потока на каждые 0,1°С позволяет удлинить пожарную напорную рукавную линию на 50 погонных метров без ее перемерзания.

В настоящее время для исключения размораживания ПНРС воду подогревают тем или иным способом. К примеру, посредством вставок в разрывы рукавных линий [см. А.С. 1586722 СССР], применением температурно-активированной воды (ТАВ) [см. Патент РФ № 2030194], посредством защитных кожухов одетых на разветвления и подачей в имеющийся зазор пламени паяльных ламп либо газовых горелок и т.п. [см. Исхаков Х.И., Ложкин В.Н., Савин М.А. Эффективная эксплуатация основных пожарных автомобилей при низких температурах: монография. Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2010. – 355 с.].

Для осуществления подогрева воды также известны теплогенераторы Ю.С. Потапова [Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиции теории движения. – Кишинев - Черкассы «ОКО-Плюс». 2000. – 387 с.]. Теплогенератор Ю.С. Потапова «Юсмар» [см. патент РФ на изобретение № 2045715] представляет собой вихревую трубу Ранка-Хильша, через которую циркулирует вода и в ней происходит ее подогрев. Данные вихревые аппараты мощностью от 3 до 65 кВт выпускаются серийно.

Теплогенераторы Ю.С. Потапова для нагрева жидкости экономичны, обладают экологически чистыми характеристиками, и, в связи с отсутствием движущихся и вращающихся частей, высоким ресурсом. Однако данные устройства обладают определенными массогабаритными характеристиками, кроме того, вода в аппарат входит тангенциально, движется в нем по винтовой траектории и потому его гидравлическое сопротивление и падение напора в нем достаточно велико.

Также известен гидродинамический кавитационный теплопарогенератор А.Г. Кочурова марки ВТГ-110 [см. Патент РФ № 2277681]. Он применяется для подпитки горячей водой пожарных рукавных линий, а также для нагрева воды в цистерне. На месте ЧС устройство используется для отопления и горячего водоснабжения отдельных объектов (учреждения здравоохранения и т.п.). Данным вихревым тепловым генератором оснащаются пожарно-спасательный автомобиль ПСА-С-6,0-40(6339) [см. ОАО «Варгашинский завод ППиСО» Пожарно-спасательный автомобиль исполнения ХЛ (ПСА-С) ПСА-С-6,0-40(6339) модель 40ВР. Руководство по эксплуатации 40ВР-00-00-00РЭ, 2011. 30 с.], а также пожарная автоцистерна АЦ СОР 2,0-20/10 (43118) «Гефест», производства ОАО «Варгашинский завод ППиСО». При мощности, потребляемой данным спецагрегатом 110 кВт, его теплопроизводительность составляет 122,1 кВт. Таким образом, при работе в аппарате имеют место развитые, т.е. значительные по величине кавитационные проявления. Вместе с тем, известно [см. Савин М.А., Курбатова Д. К., Кацнельсон И. Э. О проблемных вопросах и перспективах применения явления кавитации в практике пожарной охраны. Техносферная безопасность. 2022. № 4(37). С.77…97. – Режим доступа: https://www.uigps.ru/nauka/tekhnosfernaya-bezopasnost-nauchnyy-elektronnyy-zh/soderzhanie-zhurnala--4-37/], что основным недостатком гидродинамических установок является частая замена статора и ротора, которые изнашиваются от кавитационных воздействий. Однако каких-либо данных о ресурсе агрегата не приводятся. Кроме того, для привода он нуждается в достаточно мощном дополнительном силовом агрегате.

Исключение размораживания цистерны с водой ПА согласно патенту РФ на изобретение № 2245729 [см. Савин М.А., Кошмаров Ю.А. и др. Патент 2245729 Российская Федерация МКИ А 62 С 27/00. Способ подогрева воды в пожарной автоцистерне] достигается подогревом воды посредством ее многократной рециркуляции (перепуска) по кругу: цистерна – пожарный насос – кавитаторная насадка – цистерна. Однако применять способ для подогрева воды в рукавах будет затруднительно поскольку круглая дефлекторная пластина кавитаторной насадки является достаточно громоздкой - ее диаметр составляет 142 мм.

Прототипом заявляемого устройства являются кавитирующие элементы для реализации в конструкциях пассивных (статических) кавитаторов, которые представлены в источнике [см. Федоткин И.М., Гулый И.С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчеты и конструкции кавитационных аппаратов). Ч.1. - К.: Полиграфкнига, 1997. – 940 с.]. В частности: винтообразные элементы либо тангенциальный ввод жидкости в рабочую камеру, перегородки типа пластин со сквозным отверстием либо отверстиями различных форм и размеров, резкое расширение или сужение канала, резкие повороты потока и т.п.

Технической задачей заявляемой полезной модели является разработка эффективной и экономичной, компактной конструкции теплогенератора, предназначенного для снижения темпов льдообразования в рукавах и обеспечения необходимой интенсивности подачи огнетушащей жидкости в течение всего времени тушения пожара, повышения надежности и ресурса напорных рукавов в низкотемпературных условиях посредством подогрева потока, обеспечивающего увеличение их длины без перемерзания и которое достигается реализацией в его конструкции физического явления кавитации и, причем, без значительных материальных затрат.

Поставленная задача решилась тем, что разработана, изготовлена в металле, протестирована, апробирована и предлагается к применению с пожарным насосом типоразмера ПН-40 конструкция статического 4-ступенчатого «Устройства…» кавитаторного типа, которое обеспечивает повышение эффективности тушения и сохранение ресурса пожарных напорных рукавов, уменьшение трудоемкости работ по разборке рукавных линий в низкотемпературных условиях.

«Устройство…» скомпоновано на основе корпусных деталей серийного пожарного гидроэлеватора Г-600А. Для возникновения кавитации, разномасштабных пульсаций давления, ударных импульсов, турбулентности и отрывных течений, других нелинейных эффектов в конструкции реализован каскад последовательно расположенных известных классических кавитирующих элементов. Комбинация включает: винтообразные элементы, резкие поворот, а также расширение и сужение канала, влияющее на скорости потока и возникновение мощного вихреобразования. Кроме того, в аппарате листом из алюминиевого сплава и сваркой по периметру полностью заглушена фильтровальная решетка Г-600А.

На фиг. 1 представлена конструкция «Устройства...» в сборе, где: 1 – колено крутоизогнутое на 180 градусов; 2 – корпус с пластиной – 3, которая по периметру приварена к корпусу; 4 – специально изготовленное сопло с отверстием спрыска диаметром 25 мм; 5 – диффузор; 6 и 7 – головки пожарные для присоединения рукавов; 8 – кавитирующие элементы винтообразного типа. Предлагаемая теплоизоляция «Устройства…» условно не показана.

На фиг. 2 схематично показаны (вид а), размещенные в приемной части крутоизогнутого колена - 1 «Устройства…» подряд без зазора два винтообразного кавитирующих элемента - 8. Каждый из них изготовлен из полосы нержавеющей стали длиной 100 мм, толщиной 4 мм и шириной, равной внутреннему диаметру колена – «в свету», т.е. 81 мм, и с одинаковыми углами закрутки, равными 90°. Но их спирали направлены в противоположные стороны (т.е. спирали разнонаправленные): одна имеет правую закрутку (по часовой стрелке), а другая - левую. Причем у торцов пластин фасок не предусмотрено.

На фиг. 2 (вид б) изображена 3D-проекция взаимно-перпендикулярного расположения двух кавитирующих элементов винтообразного типа – 8 и их ортогональная проекция – (вид в).

Для увеличения эффективности подогрева огнетушащей жидкости корпус «Устройства...» теплоизолируют двумя слоями. В частности, используют слой синтетической растягивающейся ткани типа «стрейч», который выполнен из полиэстера, капрона и причем ближе к корпусу гидроэлеватора располагается сторона синтетической ткани, имеющая блестящее отражательное покрытие. А толщина нанесенного теплоизолирующего пенополиуретанового слоя составляет 40-60 мм.

«Устройство…»работает следующим образом. При следовании оперативной спецтехники оно размещается и фиксируются, например, в одном из отсеков пожарного автомобиля (ПА) либо на технологическом креплении на крыше автомобиля.

Зимой по прибытии к месту вызова в процессе боевого развертывания сил и средств [см. Об утверждении Боевого устава подразделений пожарной охраны, определяющего порядок организации тушения пожаров и проведения аварийно-спасательных работ.: Приказ МЧС России от 16.10.2017 г. № 444. – М. :МЧС России, 2018. – 90 с.] «Устройство…» снимается с ПА и монтируется в разрыве напорной рукавной линии.

После чего водитель тем или иным способом заполняет водой полость пожарного насоса. Затем он производит выжим педали сцепления и включает привод спецагрегата. Далее также включает коробку отбора мощности на привод пожарного насоса. После чего водитель плавно отпускает педаль сцепления, несколько прибавляет число оборотов двигателя ПА и, соответственно, напор на коллекторе насоса и, не торопясь, медленно, плавно полностью открывает на коллекторе насоса напорный патрубок левого (либо правого) борта. Затем, согласно команде Руководителя тушения пожара (РТП), доводит напор на насосе до требуемого. Таким образом вода поступает в рукавную линию и далее к «Устройству…».

На первой ступени «Устройства…», т.е. на двух винтообразных кавитирующих стальных пластинах с одинаковыми углами закрутки, но со спиралями, направленными в противоположные стороны, значительно увеличивается турбулентное вихреобразное движение жидкости. Затем нестационарные гидромеханические процессы в нем еще более усиливаются в круто загнутом колене – суть второй ступени «Устройства…». Далее, поток истекает из спрыска сопла, где имеет место местное повышение скорости потока при снижении давления. Таким образом, кавитация уже становится гидродинамической. Четвертая ступень «Устройства…» - это резкое расширение потока.

После выполнения боевой задачи в процессе свертывания сил и средств «Устройства…» демонтируют. Его размещают на штатном технологическом креплении в отсеке или на крыше автомобиля.

Сравнение заявляемого конструктивного решения «Устройства…»с потенциальным прототипом показывает, что оно отличается следующими техническими признаками:

в качестве корпуса «Устройства…»применено доработанное серийное пожарное оборудование;

количеством различных по конструкций и теплогенерирующим возможностям кавитирующих элементов и указанном своеобразным сочетанием и последовательностью их расположения в корпусе конструкции;

компактными массогабаритными размерами «Устройства…» в транспортном и в боевом положениях;

простотой конструкции и надежностью в эксплуатации.

Таким образом, можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Полезная модель может быть реализована специалистами средней квалификации, на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов и оснастки, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».

Результаты тестирований пассивного теплогенерирующего «Устройства…» предложенной конструкции в ходе Межведомственных опытно-исследовательских учений «Безопасная Арктика 2023 г.» свидетельствуют об его определенной эффективности.

Действительно, в диапазоне давлений на его входе 0,72…1,0 МПа температура воды на выходе из «Устройства…» возросла от 0,1 до 0,2°С, что согласно экспериментальным исследованиям [см. Алешков М.В. Повышение работоспособности напорных рукавных линий при тушении пожаров в условиях низких температур: дис…канд. техн. наук / М. В. Алешков М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990. 293 с.] позволит увеличить длину рукавной линии без ее перемерзания на ~ 100 метров.

При указанных давлениях давление потока после аппарата составило соответственно от 0,5 до 0,68 МПа, а подача воды находилась в пределах 15,1…17,6 л/с. Температура воздуха в тестированиях составляла минус 15°С.

Технологическим преимуществом «Устройства…» является исключение необходимости применения специального оборудования для реализации внешнего подогрева рукавной арматуры и, соответственно, связанных с ним предварительных операций для осуществления розжига теплоисточников внешнего нагрева - паяльных ламп, горелок и т.д.

Данное энергонезависимое теплогенерирующее устройство кавитационного типа обладает небольшими массогабаритными характеристиками. Его предлагается оснастить эффективной теплоизоляцией и стационарно разместить в насосном либо смежных отсеках пожарного автомобиля.

Представленные технические решения конструктивно и технологически просты и могут легко быть реализованы на основных пожарных автомобилях как вновь выпускаемых производством, так и находящихся в эксплуатации.

Предложенное «Устройство…» может найти широкое применение в практике пожарно-спасательных подразделений северных регионов страны.

Всё это в целом повышает эффективность тушения пожаров в низкотемпературных условиях при условии комплектования пожарных автомобилей предлагаемой конструкцией «Устройства…».

Claims (11)

1. Устройство для подогрева жидкости в пожарных рукавах, включающее

корпус (2);

изогнутое на 180 градусов колено (1), соединённое с корпусом (2) и имеющее пожарную головку (7) для соединения с пожарным рукавом;

кавитирующие винтообразные элементы (8), установленные на входе после пожарной головки в приемной части изогнутого колена;

сопло (4), расположенное в корпусе;

а также соединенный с корпусом (2) диффузор (5), имеющий пожарную головку (6) для соединения с пожарным рукавом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что установлено два кавитирующих винтообразных элемента, при этом они установлены без зазора подряд, выполнены из стальных пластин, ширина которых равна внутреннему диаметру колена, и с одинаковыми, равными 90 градусов, углами закрутки, при этом их спирали направлены в противоположные стороны.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр отверстия cпрыска сопла 25 мм.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус теплоизолирован.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что для теплоизоляции использованы слои синтетической растягивающейся ткани, выполненные из полиэстера, капрона, при этом нанесен теплоизолирующий пенополиуретановый слой толщиной 40…60 мм.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что ближе к его корпусу располагается сторона синтетической ткани, имеющая блестящее отражательное покрытие.