RU226489U1 - Универсальная установка комбинированного тушения пожара воздушно-механической пеной средней кратности, воздушно-механической пеной низкой кратности, распыленной и диспергированной водой или быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к противопожарной технике, к ручным и стационарным устройствам для генерирования воздушно-механической пены средней кратности, воздушно-механической пены низкой кратности, распыленной и диспергированной воды и быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема. Установка комбинированного тушения пожара изготовлена с возможностью раздельного генерирования и раздельной подачи под напором воздушно-механической пены средней кратности, воздушно-механической пены низкой кратности, распыленной и диспергированной воды или быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема и содержит два закрепленных на траверсе генератора, каждый из которых содержит корпус, размещенную внутри корпуса кассету сеток, расположенный перед кассетой сеток блок форсунок подачи на кассету сеток огнетушащих средств, ствол с размещенным внутри ствола эжектором с патрубком эжекционного всасывания внутрь ствола компонента огнетушащего средства, трубопроводы подвода огнетушащих средств, а также краны открытия/закрытия трубопроводов огнетушащих средств. Кассета сеток изготовлена из коаксиально установленных с натягом один внутри другого внутреннего обода с установленной и закрепленной в нем посредством плоских параллельных направлению движения в корпусе огнетушащего средства ребер кольцевой обоймой со сквозным отверстием для размещения в нём ствола, промежуточного обода, наружного обода и двух расположенных с зазором относительно друг друга сеток, одна из которых зафиксирована краями в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями наружного и промежуточного ободов, а другая сетка зафиксирована краями в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями промежуточного и внутреннего ободов, при этом в сетках выполнены соосные и соразмерные сквозному отверстию обоймы отверстия с фиксацией краев сеток на обойме посредством кольцевых шайб и винтов, а ствол размещен в сквозном отверстии обоймы в кассете сеток и присоединен к средству подачи в него огнетушащего средства. 9 з.п. ф-лы, 22 ил.

Description

Область техники

Полезная модель относится к противопожарной технике, к ручным и стационарным устройствам для генерирования воздушно-механической пены средней кратности, воздушно-механической пены низкой кратности, распыленной водой, диспергированной воды и быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема и может быть использована при изготовлении пожарно-технического оборудования, применяемого при тушении различных лесных, аварийно-транспортных, аварийно-промышленных и иных крупномасштабных пожаров, в частности при тушения пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, сжиженных природных и углеводородных газов (СПГ и СУГ), твердых горючих материалов, транспортных средств и промышленно-технического оборудования, а также для создания теплозащитных экранов и охлаждения распыленной водой в районах аварий, катастроф, стихийных бедствий, для дегазации и дезактивации, маскировки объектов гражданского и военного назначения.

Уровень техники

Известно, что эффективным современным средством пожаротушения является предложенная ранее авторами заявителя воздушно-механическая гибридная пена средней кратности, состоящая из полидисперсных пузырьков с утолщенной (обводненной) оболочкой - пены пониженной (низкой) кратности, и пузырьков с утоньщенной (обезвоженной) оболочной – пены повышенной (средней) кратности, образующих при смешении в процессе совместного движения гибридную пену средней кратности [RU 2757106, A62C 5/02, опубл. 11.10.2021, БИ 29; RU 2757479, A62C 5/02, опубл. 18.10.2021, БИ 29].

Известны генераторы воздушно-механической пены средней кратности в переносном и стационарном вариантах конструктивного исполнения, однако большинство известных генераторов пены средней кратности иных авторов обеспечивают получение пенных струй дальностью до 10 м, что ограничивает их использования при тушении крупномасштабных пожаров из-за высокого риска работающего в зоне пожара личного состава пожарных подразделений.

Известен генератор пены средней кратности ГПС-600 по ГОСТ Р 50409-92, содержащий изготовленные литыми из алюминиевого сплава марки АК7 или иных сплавов конический корпус генератора с насадком со стороны выхода пены и коническим коллектором (конфузором) со стороны подачи распыленного раствора пенообразователя на сетки, кассету сеток в виде кольца, обтянутого по торцевым плоскостям металлической сеткой с размером ячеек 0,8 - 1 мм, прикрепленный к корпусу посредством трех стоек центробежный распылитель вихревого типа с присоединительной головкой ГМ–70 [ГОСТ Р 50409-92 Генераторы пены средней кратности. Технические условия. Издание официальное. Госстандарт. - М., 8 с.].

Генератор ГПС 600 по принципу действия представляет собой водоструйный эжекторный аппарат переносного типа.

Насадок в генераторе ГПС-600 предназначен для формирования пенного потока после кассеты сеток в компактную струю и увеличения дальности полета пены средней кратности до 10 м.

Распылитель вихревого типа в генераторе ГПС-600 имеет шесть окон, расположенных под углом 12°, что вызывает закручивание потока рабочей жидкости и обеспечивает получение на выходе распыленной струи раствора пенообразователя, покрывающей всю площадь поверхности кассеты сеток.

Генератор ГПС-600 функционирует следующим образом: Выходящая из распылителя распыленная струя раствора пенообразователя за счет эжекции и создаваемого внутри корпуса пониженного давления подсасывает посредством конического коллектора (конфузора) атмосферный воздух и перемешивается с ним в корпусе. Смесь капель пенообразующего раствора и воздуха попадает на кассету сеток. На сетках деформированные капли образуют систему растянутых пленок, которые, замыкаясь в ограниченных объемах, составляют сначала элементарную (в виде отдельных пузырьков), а затем массовую пену. Энергией вновь поступающих капель и воздуха масса пены выталкивается из пеногенератора и с формированием струи воздушно-механической пены средней кратности с кратностью 100 ± 30, получаемой в результате интенсивного перемешивания в генераторе ГПС-600 в определенной пропорции трех компонентов: воды, пенообразователя и воздуха [Моисеев Ю., Н. Харламов Р. И., Колбашов М. А.. Пожарно-техническое и аварийно-спасательное оборудование. Учебное пособие. - Министерство РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий. ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия Государственной противопожарной службы. Иваново, 2017, С. 36-38].

Основным техническим недостатком генератора ГПС-600 является недостаточная (всего около 8-10 м) дальность подачи пены средней кратности, а также недостаточная надежность эксплуатации. В частности, указанная в ГОСТ Р 50409-92 (с. 7 п. 2.19) вероятность 0,993 безотказной работы ГПС-600 за 50 часов работы или безотказной работы ГПС-2000 за 25 часов работы при номинальном давлении раствора пенообразователя перед распылителем 0,0,4-0,6 МПа (4-6 кг/см²) доказывает сравнительно низкую надежность пеногенераторов ГПС, обусловленную возможным разрушением кассеты сеток с вырыванием сеток из узлов их крепления с прекращением их нормальной работы в результате динамического давления воздействующих на сетки потоков. Это существенно ограничивает сферы и эффективность применения генератора ГПС-600 и повышает риски опасности для пожарного персонала.

Известна мобильная пеногенерирующая установка многоцелевого назначения для генерирования пены преимущественно на объектах ядерно-топливного цикла, включающая емкость для воды или раствора пенообразователя, насос с электродвигателем, гребенку для подключения воздушно-пенных генераторов (пеногенераторов) средней кратности К=20-200 и пожарных стволов, трубопроводы, шланги и арматуру, дополнительно укомплектована пеногенераторами низкой кратности (К<20) и высокократной пены (К=200-1000), работающими с сетками двух типов (обычные - плоские или металлотканевые - объемного плетения), а на гребенке установлен вентиль, позволяющий плавно регулировать расход пенообразующего раствора, подаваемого в генератор высокократной пены с расходом 0,5-10 л/мин. Кроме того, емкость снабжена крышкой, предназначенной для ее герметизации при создании в ней давления до 6 атм. Указанные признаки обеспечивают повышение универсальности установки [RU 2308996 А62С 27/00, А62С 5/02 Опубл. 27.10.2007].

Недостатком устройства по RU 230899 является значительный вес и габариты, низкая производительность и невозможность его использования при тушении пожаров в промышленных и малоэтажных зданиях городских и сельских населенных пунктов, тушении лесных и ландшафтных пожаров.

Известно разработанное ранее авторами заявителя устройство для формирования струи пены средней кратности повышенной дальнобойности, согласно которого для повышения производительности, экономичности и повышения эффективности пожаротушения за счет создания комбинированной струи пены средней кратности и повышения дальнобойности струи пены средней кратности до 20 м подают раствор пенообразователя на сетку в корпусе пеногенератора с получением струи пены средней кратности с увеличивающейся кратностью и уменьшающейся плотностью по направлению от центра к периферии посредством расположенного на сетке или внутри кассеты сеток средства или средств перераспределения количества пенообразующего раствора на поверхности сетки, выполненных в виде кольца, колец, кольцевых насадок или иных средств, расположенных внутри кассеты сеток и/или на поверхности сетки или кассеты сеток со стороны подачи струи пенообразующего раствора или со стороны выхода пены. Корпус этого пеногенератора выполнен в виде полого цилиндра, к которому со стороны подачи раствора пенообразователя прикреплено сопло или иное средство формирования струи раствора пенообразователя, и внутри корпуса со стороны выхода пены закреплена сетка. Корпус пеногенератора имеет длину от 0,3 до 1,5 расстояния от средства формирования струи раствора пенообразователя до сетки. Пеногенератор дополнительно содержит диффузор в виде полого цилиндра, закрепленного в корпусе пеногенератора непосредственно за сеткой со стороны выхода пены и выполненного длиной от 0,1 до 0,9 диаметра диффузора и площадью свободного сечения меньшей, чем площадь сечения сетки [RU 2170123 А62С 5/02 Опубл. 10.07.2001].

Недостатками устройства по RU 2170123 является сложность конструкции средства или средств перераспределения количества пенообразующего раствора на поверхности сетки, а также отсутствие информации об особенностях крепления сетки в устройстве и о конструкции кассеты сеток.

Известен разработанный ранее авторами заявителя способ формирования струи пены средней кратности повышенной дальнобойности и устройство для его осуществления, по которым для повышения производительности, экономичности и эффективности пожаротушения комбинированной пеной средней кратности при одновременном упрощении изготовления, транспортирования и использования в систем пожаротушения, при получении струи пены обеспечивают подачу струи раствора пенообразователя на сетку в корпусе пеногенератора под давлением РП перед соплами от 0,4 до 1,2 МПа. В устройстве для формирования струи средней кратности, содержащем корпус и расположенную в корпусе сетку, корпус пеногенератора выполнен в виде полого цилиндра или двух или более полуцилиндров, соединенных друг с другом плоскостями, при этом внутри корпуса со стороны выхода пены закреплена сетка, корпус пеногенератора имеет длину от 0,3 до 1,5 расстояния от средства формирования струи раствора пенообразователя до сетки, а средство формирования направленной струи раствора пенообразователя выполнено в виде сопла или сопел или иных средств формирования направленной струи или струй, расположенного или расположенных на расстоянии от сетки, определяемом по формуле , где А - расстояние от центра сопла или иного средства формирования струи до сетки, м; Rs - радиальный размер сетки; tgα/2 - тангенс половины угла раскрытия струи раствора пенообразователя; α - угол раскрытия струи раствора пенообразователя на выходе из сопла или иного средства формирования направленной струи [RU 2180607, A62C 5/02, опубл. 20.03.2002 Бюл. № 8].

Недостатками устройства по RU 2180607 и иных известных пеногенерирующих устройств является отсутствие информации об особенностях крепления сетки в устройстве, о конструкции и технологии изготовления кассеты сеток как определяющего конструктивного фактора надежности и влияния на качество получаемой пены.

Известны разработанные ранее авторами заявителя универсальные устройства для тушения пожара и пожаровзрывопредотвращения пеной низкой и средней кратности (RU 2693615, RU 2693612, RU 2664266, RU 2700028, RU 2703592, RU 2703594, RU 2708109, RU 2589562), общими недостатками которых является невозможность генерирования и подачи под напором быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема.

Известны разработанные ранее авторами способ и устройство для взрывопожаропредотвращения и тушения пожара в виде быстротвердеющей неорганической пены на основе вспененного геля кремнезема SiO₂, включающие приготовление вспененного геля кремнезема в виде быстротвердеющей пены путем смешивания компонента А в виде водного раствора смеси силиката щелочного металла и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, при соотношении, мас.%: 10-70, преимущественно 20-50 силиката натрия, 1-15, преимущественно 3-6 пенообразующего поверхностно-активного вещества, остальное - вода, с компонентом Б, составляющим 20-60%, преимущественно от 30-50%-ного водного раствора уксусной кислоты. Устройства содержат емкости с размещенными в них компонентами огнетушащего вещества, трубопроводы компонентов огнетушащего вещества, средство смешивания компонентов огнетушащего вещества и средство вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества. Устройства содержат емкости с размещенными в них компонентами огнетушащего вещества, трубопроводы компонентов огнетушащего вещества, средство смешивания компонентов огнетушащего вещества, средства вспенивания смеси компонентов огнетушащего вещества выполненные с возможностью подачи компонента А в средство смешивания компонентов огнетушащего вещества из емкости компонента А под воздействием сжатого воздуха в емкости с компонентом А и получения в качестве огнетушащего вещества вспененного геля кремнезема в виде быстротвердеющей пены, получаемой путем смешивания и вспенивания смеси компонентов А и Б, при объемном соотношении компонентов А и Б от 15:1 до 6:1, преимущественно 10:1. При этом устройство выполнено размещенным на ручной тележки с возможностью его мобильного перемещения, а емкость с компонентом Б выполнена в виде ранца с возможностью ее переноски за плечами оператора [RU 2672945 А62С 13/04, А62С 5/02, С01В 33/14, B01F 3/08 Опубл. 21.11.2018].

Известны также разработанные ранее авторами заявителя устройства для тушения пожара и пожаровзрывопредотвращения быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема (RU 2552968, RU 2552969, RU 2552971, RU 2552972, RU 2590379, RU 2668749, RU 2668753, RU 2672945, RU 2699078, RU 2699080, RU 2699083, RU 2701402, RU 2701409, RU 2701614) общими недостатками которых является невозможность генерирования и подачи посредством этих устройств под напором пены низкой и средней кратности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототипом) является универсальное устройство для тушения пожара и пожаровзрывопредотвращения содержащее форсунки подачи огнетушащего средства на сетки формирования пены средней кратности и распыленной воды, ствол формирования пены низкой кратности и диспергированной воды, трубопроводы подачи огнетушащего средства в форсунки и в ствол с установленными на указанных трубопроводах кранами с возможностью подачи огнетушащего средства при их переключении или одновременно и в форсунки и в ствол, или только в форсунки, или только в ствол [RU 2693615 A62C15/00, A62C31/12, A62C 37/00 Опубл. 03.07.2019 Бюл. № 19 (прототип)].

Характерными особенностями RU 2693615 (прототипа) являются

возможность использования в качестве огнетушащего средства водного раствора пенообразователя или воды с соответствующей возможностью генерирования комбинированной пены со средней кратностью 30-40, или пены средней кратности с кратностью 50-70, или пены низкой кратности с кратностью 7-10, или комбинированной распыленной и диспергированной воды со средней дисперсностью 150 мкм, или распыленной воды с дисперсностью до 100 мкм, или диспергированной воды с дисперсностью более 200 мкм,

наличие на трубопроводах подачи огнетушащего средства в форсунки и в ствол краны снабжены электро-, пневмо- или гидроприводами с возможностью их подключения к системе дистанционного управления, с возможностью их открытия/закрытия посредством выносного пульта или радиосигналов системы дистанционного управления, с возможностью регулирования объемов соответствующей подачи огнетушащего средства в форсунки и в ствол, с возможностью автоматического открытия/закрытия установленных на трубопроводах подачи огнетушащего средства в форсунки и в ствол кранов по сигналам системы дистанционного управления, с возможностью автоматического открытия/закрытия установленных на трубопроводах подачи огнетушащего средства в форсунки и в ствол кранов по сигналам пожарной сигнализации.

При этом устройство по RU 2693615 (прототипу) содержит средство присоединения к напорному трубопроводу подачи огнетушащего средства, выполненное в виде фланца или быстроразъемного соединения/рассоединения поворотными эксцентриковыми фиксаторами типа камлок, содержит средства поворотов в вертикальной и горизонтальной плоскостях посредством линейного привода и электро-, пневмо- или с возможностью их подключения к системе дистанционного управления, выполнено с возможностью ручной переноски, закрепления на средстве транспортировке в виде трактора, мотокара, автомобиля, автомобильного прицепа, водоплавающего средства, газо-нефтедобывающей платформы или закрепления на стационарной платформе, автоподъемнике, пожарном пеноподъемнике, автомеханической раздвижной лестнице или манипуляторе.

Недостатком RU 2693615 (прототипа) является невозможность генерирования и подачи под напором быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема.

Решаемая проблема и технический результат

Не разрешенная должным образом до настоящего времени задача, сдерживающая увеличение производительности и эффективности современных технологий и оборудования пожаротушения заключается в том, что известные генераторы пены низкой и средней кратности не позволяют генерировать и подавать под напором быстротвердеющую пену на основе вспененного геля кремнезема, а известные устройства генерирования и подачи под напором быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема не позволяют генерировать и подавать пену низкой и средней кратности или распыленную и диспергированную воду.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в необходимости оперативного предотвращения возгораний и взрывов, снижения интенсивности горения и тушения различных крупномасштабных пожаров различными средствами пожаротушения и воздушно-механической пеной средней и низкой кратности, и распыленной водой, и диспергированной водой, и и быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема на больших площадях пожара горючих жидкостей, твердых горючих материалов, сжиженных природных и углеводородных газов (СПГ и СУГ), когда и где для предотвращения возгораний и тушения пожаров требуется оперативное покрытие всей пожароопасной площади различными средствами пожаротушения.

Это в настоящее время возможно только при наличии и использовании достаточного количества специальных устройств для генерации или пены средней и низкой кратности, или распыленной и диспергированной воды, или быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема в различных по конструктивному исполнению ручных и стационарных установках.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого полезной модели, заключается в повышении эффективности тушения аварийно-транспортных, лесных, аварийно-промышленных и иных пожаров посредством одной предлагаемой универсальной установки комбинированного тушения пожара, позволяющей тушить пожары и воздушно-механической пеной средней кратности, и воздушно-механической пеной низкой кратности, и распыленной водой, и диспергированной водой, и быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема.

Раскрытие сущности полезной модели

Проблема (поставленная задача) решается и требуемый технический результат достигается тем, что предлагаемая установка комбинированного тушения пожара изготовлена с возможностью раздельного генерирования и раздельной подачи под напором воздушно-механической пены средней кратности, воздушно-механической пены низкой кратности, распыленной воды, диспергированной воды и быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема

и содержит два закрепленных на траверсе генератора, каждый из которых содержит

корпус

размещенную внутри корпуса кассету сеток,

расположенный перед кассетой сеток блок форсунок подачи на кассету сеток огнетушащих средств,

ствол с размещенным внутри ствола эжектором с патрубком эжекционного всасывания внутрь ствола компонента огнетушащего средства,

трубопроводы подвода огнетушащих средств,

а также краны открытия/закрытия трубопроводов огнетушащих средств,

причем кассета сеток изготовлена из коаксиально установленных с натягом один внутри другого

внутреннего обода с установленной и закрепленной в нем посредством плоских параллельных направлению движения в корпусе огнетушащего средства ребер кольцевой обоймой со сквозным отверстием для размещения в нём ствола,

промежуточного обода,

наружного обода

и двух расположенных с зазором относительно друг друга сеток,

одна из которых зафиксирована краями в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями наружного и промежуточного ободов, а другая сетка зафиксирована краями в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями промежуточного и внутреннего ободов,

в сетках выполнены соосные и соразмерные сквозному отверстию обоймы отверстия с фиксацией краев сеток на обойме посредством кольцевых шайб и винтов,

а ствол размещен в сквозном отверстии обоймы в кассете сеток и присоединен к средству подачи в него огнетушащего средства.

При этом предлагаемая установка комбинированного тушения пожара изготовлена

с возможностью генерирования и подачи под напором воздушно-механической пены средней кратности с кратностью 30 ± 10, получаемой в результате генерирования и турбулентного перемешивания в процессе спутного движения соприкасающихся струи формируемой в стволе пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15, и по крайней мере одной генерируемой на кассете сеток струи воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70, получаемых при подаче на кассету сеток и в ствол водного раствора пенообразователя, или

с возможностью генерирования и подачи под напором воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15, получаемой при подаче в ствол водного раствора пенообразователя или при подаче в ствол воды и подаче в эжекторный смеситель пенообразователя, или

с возможностью генерирования и подачи под напором распыленной и диспергированной воды при подаче воды на кассету сеток и в ствол, или

с возможностью генерирования в стволе и подачи под напором быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема, получаемой в результате смешивания в стволе подаваемого в ствол одного компонента быстротвердеющей пены в виде водного раствора смеси силиката натрия и пенообразователя и подаваемого через эжекторный смеситель другого компонента быстротвердеющей пены в виде водного раствора уксусной кислоты с получением в стволе быстротвердеющей пены в виде вспененного геля кремнезема, содержащего, мас.%, 13-65%, преимущественно 20-50% кремнезема, 1-15%, преимущественно 6% пенообразующего поверхностно-активного вещества, вода – остальное, имеющего объемную массу 0,1-0,8 г/см³, объемную устойчивость не менее 22 часов при изменении объема не более 10%, а в обезвоженном состоянии имеющего объемную массу 0,05-0,1 г/см³ и сохраняющего не менее 95% объемной формы при нагреве до температуры 1000°С в течение не менее 40 минут, имеющего микро- и макропористую структуру с удельной площадью поверхности не менее 20 м²/г, пластичную структуру геля с кратностью от 2 до 20 с твердостью по показателю вязкости более 100 Па⋅с.

При этом предлагаемая установка комбинированного тушения пожара

Изготовлена с возможностью ручного и/или дистанционного управления поворотами в вертикальной и горизонтальной плоскостях,

снабжена средствами присоединения/отсоединения к трубопроводам подачи на устройство водного раствора пенообразователя, компонентов быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема, или воды, или

снабжена адаптером с блокировочной цепью, обеспечивающего горизонтальное положение устройства при поворотах в вертикальной и горизонтальной плоскостях, или

изготовлена стационарно смонтированной на пожаровзрывоопасном объекте или смонтированной на автомобильном, железнодорожном, воздушном, водоплавающем или вездеходном мобильном транспортном средстве или прицепе, или

изготовлена размещенной в контейнере или на контейнере, установленном и используемом на палубах морских судов, морских платформ или на объектах берегового базирования.

Краткое описание чертежей

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 - 22 детально раскрыта используема в устройстве оригинальная конструкция предлагаемой установки комбинированного тушения пожара с возможностью раздельного генерирования и раздельной подачи под напором воздушно-механической пены средней кратности, воздушно-механической пены низкой кратности, распыленной и диспергированной воды и быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема, представлены примеры различных вариантов конструктивной реализации установки с примерами их практического реального использования при тушении различных пожаров.

На Фиг. 1, 2 показаны общие виды предлагаемой установки комбинированного тушения пожара на примере производимых заявителем установок УКТП ПУРГА, где номерами позиций обозначены: форсунки 1 подачи огнетушащего вещества (раствора пенообразователя или воды) на установленную в корпусе 3 кассету сеток 4, в отверстии которой установлен ствол 2.

Корпус 3 выполнен в сечении овалообразным с полукруглыми боковыми и сопрягаемыми с ними плоскими верхними и нижними поверхностями, на которых со стороны средства подачи огнетушащего вещества на кассету сеток 4 выполнен выпуклый наружу поверхности корпуса кольцевой выступ 5, со стороны выхода огнетушащего средства в виде пены или распыленной воды из кассеты сеток 4 выполнен вогнутый внутрь поверхности корпуса 3 кольцевой выступ 6, а край корпуса со стороны выхода огнетушащего средства окантован защитным пластиковый обруч 8.

Форсунки 1 подачи огнетушащего вещества на установленную в корпусе 3 кассету сеток 4 прикреплены в корпусу посредством упоров 7 для жесткой фиксации взаимного положения корпуса 3 и распределительного коллектора 19 с форсунками 1; средство подачи огнетушащего вещества в форсунки 1 и в ствол 2 посредством распределительного коллектора 19 и средства присоединения к трубопроводу подачи огнетушащего вещества 22 в виде съемно/разъемного соединения поворотными эксцентриковыми фиксаторами типа камлок, или стандартной присоединительной головки, или фланца с отверстиями для болтового крепления, с адаптером-фиксатором 23 строго горизонтального положения корпуса и средством 24 управления поворотами в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

На фиг. 3 и 4 показана оригинальная конструкция кассеты сеток 4, изготовленная из коаксиально установленных с натягом один внутри другого внутреннего обода 10 с установленной и закрепленной в нем посредством плоских параллельных направлению движения в корпусе огнетушащего средства ребер 18 кольцевой обоймой 9 со сквозным отверстием для размещения в нём ствола 2, промежуточного обода 11, наружного обода 12 и двух расположенных с зазором относительно друг друга сеток, одна из которых 14 зафиксирована краями в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями наружного 12 и промежуточного 11 ободов, а другая сетка 13 зафиксирована краями в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями промежуточного 11 и внутреннего 10 ободов, при этом в сетках 13 и 14 выполнены соосные и соразмерные сквозному отверстию обоймы 9 отверстия с фиксацией краев сеток на обойме посредством кольцевых шайб 16 и винтов 17, а ствол 2 размещен в сквозном отверстии обоймы 9 в кассете сеток и присоединен к средству подачи в него огнетушащего средства.

Внутри ствола 2 размещен эжекторный смеситель в виде сопла Лаваля с патрубком 21 (фиг. 1) подачи в ствол компонента быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема.

На Фиг. 5 – 14 представлены фото установки в стационарном и мобильном исполнении с ручным управлением, в виде насадка на автопеноподъемник, в стационарном исполнении на пожарном автомобиле и пожарном катере.

На Фиг. 15 и 16 - карта орошения и радиус действия установки.

На Фиг. 17 - 22 – фото примеров практического применения предлагаемой установки при тушении различных пожаров.

Осуществление полезной модели

Предлагаемая по установка комбинированного тушения пожаров воздушно-механической пеной средней кратности, воздушно-механической пеной низкой кратности, распыленной и диспе5ргированной водой и быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема может применяться при тушении различных лесных, аварийно-транспортных, аварийно-промышленных и иных крупномасштабных пожаров, в частности при тушения различных пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, сжиженных природных и углеводородных газов (СПГ и СУГ), твердых горючих материалов, транспортных средств и промышленно-технического оборудования, а также для создания свето-теплозащитных экранов и охлаждения в районах аварий, катастроф, стихийных бедствий, для дегазации и дезактивации, маскировки объектов гражданского и военного назначения.

Характерными конструктивными, находящимися в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом, отличительными особенностями установки являются:

возможность генерирования и подачи под напором воздушно-механической пены средней кратности с кратностью 30 ± 10, получаемой в результате генерирования и турбулентного перемешивания в процессе спутного движения соприкасающихся струи формируемой в стволе пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15, и по крайней мере одной генерируемой на кассете сеток струи воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70, получаемых при подаче на кассету сеток и в ствол раствора пенообразователя;

возможность генерирования и подачи под напором воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15, получаемой при подаче в ствол раствора пенообразователя или при подаче в ствол воды и подаче в ствол через эжектор компонента пенообразователя;

возможность генерирования и подачи под напором распыленной воды и диспергированной воды при подаче воды на кассету сеток и в ствол;

возможность генерирования в стволе и подачи под напором быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема, получаемой в результате смешивания в стволе подаваемого в ствол одного компонента быстротвердеющей пены в виде водного раствора смеси силиката натрия и пенообразователя и подаваемого через эжекторный смеситель другого компонента быстротвердеющей пены в виде водного раствора уксусной кислоты с получением в стволе быстротвердеющей пены в виде вспененного геля кремнезема, содержащего, мас.%, 13-65%, 20-50% кремнезема, 1-15%, 6% пенообразующего поверхностно-активного вещества, вода – остальное, имеющего объемную массу 0,1-0,8 г/см³, объемную устойчивость не менее 22 часов при изменении объема не более 10%, а в обезвоженном состоянии имеющего объемную массу 0,05-0,1 г/см³ и сохраняющего не менее 95% объемной формы при нагреве до температуры 1000°С в течение не менее 40 минут, имеющего микро- и макропористую структуру с удельной площадью поверхности не менее 20 м²/г, пластичную структуру геля с кратностью от 2 до 20 с твердостью по показателю вязкости более 100 Па⋅с;

возможность ручного и/или дистанционного управления поворотами в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Оригинальная конструкция используемой в устройстве кассеты сеток обеспечивает не только тугое равномерное по площади натяжение сеток, жесткую и надежную фиксацию сеток в кассете и кассеты сеток внутри корпуса установки на оптимальном расстоянии от форсунок, но и обеспечивает эффективное формирование двух дальнобойных комбинированных струй пены средней кратности или распыленной воды посредством двух сеток, расположенных с оптимальным зазором относительно друг друга, а также соприкасающейся с ними струи пены низкой кратности или распыленной воды с получением единой комбинированной струи воздушно-механической пены или распыленной воды.

Размещение кассеты сеток внутри корпуса установки так, чтобы зафиксированная между наружным и промежуточным ободами сетка была обращена в сторону форсунки, а зафиксированная между промежуточным и внутренним ободами сетка была обращена в сторону выхода струи пены позволяет не только существенно повысить надежность конструкции и длительную нормальную работу кассеты сеток в пеногенераторах в экстремальных условиях даже при давлении на входе огнетушащей жидкости выше 1,2 МПа (12 кг/см²), но и обеспечить формирование и подачу комбинированной струи воздушно-механической пены средней кратности или распыленной воды с увеличивающейся кратностью и уменьшающейся плотностью по направлению от центра к периферии на расстояние более 40-55 м.

Предлагаемая установка может быть изготовлена стационарно смонтированной на пожаровзрывоопасном объекте или смонтированной на автомобильном, железнодорожном, воздушном, водоплавающем или вездеходном мобильном транспортном средстве или прицепе, размещенной в контейнере или на контейнере, установленном и используемом на палубах морских судов, морских платформ или на объектах берегового базирования.

Всё это доказывает уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании полезной модели, а именно реализация полезной модели обеспечивает возможность повышения эффективности тушения различных аварийно-транспортных, лесных, аварийно-промышленных и иных пожаров.

Как показано на чертежах одна и та же конструкция и кассеты сеток и установки в целом может использоваться в различных по конструкции установках комбинированного тушения пожаров в ручном, и стационарном исполнении, с осцилирующими устройствами и с дистанционным управлением в системах пожаротушения, в конструктивном исполнении для пресной и морской воды.

Установка может комплектоваться стандартными быстроразъёмными соединениями (типа ТЗА, Kamlok, фланцевые соединения и т.д.), позволяющими монтировать и использовать их на всех типах отечественной и зарубежной пожарной технике.

Стандартные и специально разработанные соединения обеспечивают быстроту и легкость монтажа установки к на стационарное и мобильное оборудование и в системах объектах пожаротушения, а также возможность их использования или как стволы с соединительными головками ГМ по ГОСТ Р 53279-2009, или как насадки на стационарные и автомеханические лестницы, или как насадки на автопеноподъёмники, или как стационарные установки с фланцевыми соединениями и т.д.

При наличии узлов вращения установки могут выпускаться с ручным управлением, с проводным или радио дистанционным управлением поворотами генератора в горизонтальной и вертикальной плоскостях; с комбинированным переключаемым ручным и дистанционным управлением.

Установка может размещаться на мобильных ручных тележках, автомобилях и автомобильных прицепах, морских судах, помещениях промышленных производств, общественных и жилых зданий и т.п. в стационарном исполнении.

Таким образом, все детально показанные на чертежах и в описании отдельные существенные признаки и совокупность существенных признаков полезной модели являются существенными и находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом, получаемым от использования полезной модели.

Используемая в установке кассета сеток, содержит три коаксиально установленные с натягом один внутри другого и внутренний 10, промежуточный 11 и наружный 12 кольцевые обода и две туго натянутые расположенные с зазором относительно друг друга сетки, одна, из которых 13 зафиксирована краями в зазоре между наружным и промежуточным ободами, а другая сетка 14 зафиксирована краями в зазоре между промежуточным и внутренним цилиндрическими кольцевыми ободами.

При этом кольцевая обойма 9 со сквозным отверстием для размещения в нём ствола пены низкой кратности или распыленной воды установлена и закреплена во внутреннем ободе посредством плоских ребер 18, параллельных направлению движения в корпусе потоков раствора пенообразователя или воды (фиг. 2-3).

Используемую в установке кассету сеток изготавливают следующим образом:

Первую сетку 13 укладывают между коаксиально установленными относительно друг друга внутренним ободом 10, содержащим кольцевую обойму 9 с отверстием для размещения в нём ствола 2 пены низкой кратности или распыленной воды, и внутренним ободом, внутри которого посредством плоских ребер 18 установлена обойма 9 с отверстием для размещения в нём ствола 2 пены низкой кратности или распыленной воды.

Посредством осевого перемещения внутреннего обода 10 относительно промежуточного обода 11 задвигают с натягом внутренний обод 10 внутрь промежуточного обода 11 с натягиванием первой сетки 13 на низ внутреннего обода 10 и фиксацией краев первой сетки 13 в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями промежуточного обода 11 и внутреннего обода 10.

Затем на верх совмещенных друг с другом внутреннего 10 и промежуточного 11 ободов с натянутой на низ внутреннего обода 10 первой сеткой 13 укладывают вторую сетку 14, коаксиально устанавливают над ними наружный обод 12 и посредством осевого перемещения наружного обода 12 относительно совмещенных друг с другом промежуточного 11 и внутреннего 10 ободов с натянутой на низ внутреннего обода первой сеткой 13 надвигают наружный обод 12 на совмещенные друг с другом промежуточный 11 и внутренний 10 ободы с натягиванием второй сетки 14 на верх промежуточного обода 11 и фиксацией краев второй сетки в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями наружного 12 и промежуточного11 ободов.

После этого с наружных сторон сеток 13 и 14 над и под отверстием в обойме 9 вырезают в сетках отверстия для ствола 2 пены низкой кратности или распыленной воды, над вырезанными в сетках отверстиями располагают шайбы 16 с отверстиями для размещения ствола 2 пены низкой кратности или распыленной воды и посредством винтов 17 скрепляют шайбы 16 с краями обоймы 9 с плотной фиксацией краев отверстий в первой 13 и второй 14 сетках вокруг отверстия в обойме 9 с получением в кассете сквозного отверстия для последующего размещения в нем ствола 2 пены низкой кратности или распыленной воды.

При этом в процессе изготовления кассеты сеток после натягивания первой сетки 13 на низ внутреннего обода 10 выступающие над ободами 10 и 11 края первой сетки 13 срезают и точечной сваркой фиксируют положение внутреннего 10 и промежуточного 11 ободов относительно друг друга,

а после натягивания второй сетки 14 на верх промежуточного обода 11 выступающие над ободами края второй сетки 14 срезают и точечной сваркой фиксируют положение наружного 12 и промежуточного 11 ободов относительно друг друга,

или после натягивания второй сетки 14 на верх промежуточного обода 11 выступающие над ободами 11 и 12 края второй сетки 14 загибают по боковой поверхности наружного обода 12 и точечной сваркой фиксируют положение наружного 12 и промежуточного 11 ободов относительно друг друга,

с получением вариантов конструктивного исполнения описанной выше кассеты сеток.

В кассете сеток может использоваться сетка с номинальными размерами сторон ячеек в свету 0,8-1,12 мм по ГОСТ 3826, изготовляемая из проволоки диаметром 03,04 мм из высоколегированной стали, или сетка по ГОСТ 6613 из полупомпаковой проволоки с такими же размерами ячеек и диаметром проволоки.

Установку комбинированного тушения пожаров (УКТП), на примере производимой заявителем УКТП ПУРГА 30, изготавливают следующим образом (фиг. 1-3):

Из тонкостенного металлического листа преимущественно нержавеющей стали или обычной окрашенной стали вырезают прямоугольную заготовку, из которого путем сгибания и сварки изготавливают цилиндрический корпус 3 требуемых размеров, на котором с одной стороны (со стороны выхода струи пены) формируют вогнутый внутрь корпуса 3 кольцевой выступ 6 с радиусом от 3 до 5 мм, а с другой стороны (со стороны последующего монтажа форсунки 4) формируют выпуклый наружу кольцевой выступ 5 с радиусом от 3 до 5 мм.

Предварительно изготовленную по подробно описанной выше технологии кассету сеток 4 устанавливают внутрь корпуса 3 со стороны последующего монтажа форсунок 1 с упором в вогнутый внутрь корпуса кольцевой выступ 6 так, чтобы зафиксированная краями между наружным 12 и промежуточным 11 ободами сетка 13 была обращена в сторону последующего монтажа форсунок 1, а зафиксированная краями между промежуточным 11 и внутренним 10 ободами сетка 14 (фиг. 6, 7) была обращена в сторону выхода струй пены, или распыленной воды что обеспечивает максимальную надежность, прочность и долговременность нормального функционирования сеток.

Кассету сеток 4 в корпусе 3 снаружи фиксируют винтами или саморезами.

Затем на края корпуса 3 надевают защитные пластиковые обручи 8, прикручивают к корпусу упоры 7 и винтов или саморезов 19 прикручивают их к распределительному коллектору 19 со средством присоединения к трубопроводу подачи огнетушащего вещества 20, выполненным в виде быстросъемно/разъемного соединения поворотными эксцентриковыми фиксаторами типа камлок, или стандартной присоединительной головки, или фланца с отверстиями для болтового крепления к напорному трубопроводу подачи огнетушащего вещества.

Аналогичным образом изготавливаются показанные на фото фиг. 8-17 конструктивные варианты установки с различными средствами присоединения установки к напорному трубопроводу подачи раствора огнетушащего средства в виде раствора пенообразователя или воды.

Отдельные детали и узлы заявляемой установки быть изготовлены из обычно используемых в противопожарной технике конструктивных элементов и материалов, на обычном оборудовании, по обычным технологиям, известным и применяемым в области современной техники пожаротушения и пожаровзрывопредотвращения.

Установка комбинированного тушения пожаров (УКТП) на примере производимой заявителем УКТП ПУРГА 30, функционирует следующим образом:

Раствор пенообразователя или воды из напорного трубопровода подается в форсунки 1, откуда под рабочим давлением 0,8-1,2 МПа подается в центральные зоны кассеты сеток 4 и в ствол 2.

При этом за счет эжекционного эффекта и вакуума, создаваемого коническим, расширяющимся по ходу движения от форсунок к кассете сеток потоком раствора пенообразователя или воды, в периферийные зоны кассеты сеток подсасывается атмосферный воздух.

Внутри кассеты сеток между сетками 13 и 14 капли раствора пенообразователя или воды и периферийные потоки воздуха перемешиваются с получением на выходе из кассеты сеток струи комбинированной струи пены средней кратности или распыленной воды с увеличивающейся кратностью и уменьшающейся плотностью по направлению от центра к периферии.

В результате на выходе из корпуса 3 формируются два потока комбинированной воздушно-механической пены средней кратности, состоящей из расположенных в центральной части потока полидисперсных пузырьков с утолщенной (обводненной) оболочкой - пены пониженной кратности, и расположенных в периферийных частях потока пузырьков с утоньщенной (обезвоженной) оболочной – пены повышенной кратности, образующих при их дальнейшем смешении в процессе совместного движения гибридную пену средней кратности с повышенными пожаротушащими свойствами и у повышенной дальностью подачи.

Одновременно в этим в стволе 2 формируется струя пены низкой кратности или диспергированной воды, который соприкасаясь с выходящими из кассеты сеток струями пены средней кратности при их совместном спутном движении формирует и обеспечивает удаленную подачу единой комбинированной струи пены средней кратности или распыленной воды.

Формируемые установкой потоки пены средней кратности или распыленной воды с увеличивающейся кратностью и уменьшающейся плотностью по направлению от центра к периферии обладают существенно увеличенной по сравнению с однородными потоками дальнобойностью за счет наличия в центральной части потока с повышенной плотностью и с повышенной кинетической энергией.

Известно, что пена – наиболее эффективное и широко применяемое огнетушащее вещество, представляющее собой дисперсную систему, состоящую из ячеек - пузырьков воздуха (газа), разделенных пленками жидкости, содержащей пенообразователь [ГОСТ Р 50588-2012. Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний].

Основными физико-химическими свойства пены являются:

кратность – отношение объема пены к объему раствора пенообразователя, содержащегося в пене;

дисперсность – степень измельчения пузырьков (размеры пузырьков);

вязкость – способность пены к растеканию по поверхности;

стойкость – способность пены сопротивляться процессу разрушения [там же].

В зависимости от величины кратности (К) пены разделяют на четыре группы:

пеноэмульсии, К < 3;

низкократные пены, 3 < К< 20;

пены средней кратности, 20 < К < 200;

пены высокой кратности, К > 200 [Шароварников А.Ф., Шароварников С.А. Пенообразователи и пены для тушения пожаров. Состав, свойства, применение. М.: Пожнаука, 2005. - 335 с.].

Дисперсность пены обратно пропорциональна среднему диаметру пузырьков.

Известно, что чем выше дисперсность, тем выше стойкость пены и огнетушащая эффективность. Степень дисперсности пены во многом зависит от условий ее получения, в том числе и от характеристики аппаратуры. Кратность и дисперсность пены определяют изолирующую способность пены и ее текучесть. [Бобков С.А., Бабурин А.В., Комраков П.В. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: учеб. пособие / - М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. - 210 с.].

В качестве огнетушащих свойства пены выделяют:

изолирующее действие – препятствие поступления в зону горения горючих паров, газов или воздуха, обусловливающего прекращение горения;

охлаждающее действие – обусловленное наличием в преимущественно пене низкой кратности значительного количества жидкости.

Охлаждающее действие пены обусловливается водой, выделяющейся из пены.

Изолирующее действие обусловливается образованием слоя пены, который препятствует доступу кислорода к зоне пожара, включая:

эффект разделения, заключающийся в изолировании жидкости от паровой фазы;

эффект вытеснения, обусловливающий изоляцию горючего вещества от воздуха;

преграждающий эффект, при котором пена препятствует испарению горючей жидкости.

Пены низкой кратности (3 < К< 20) в силу значительного количества воды в межпузырьковых перегородах (в каналах Плато-Гиббса) преимущественно проявляют охлаждающий огнетушащий эффект, обусловливающийся охлаждающим действием самой пены и воды, выделяющейся из пены.

Пены средней кратности (20 < К < 200) в силу меньшего количества воды в межпузырьковых перегородах (в каналах Плато-Гиббса) преимущественно проявляют изолирующий огнетушащий эффект, обусловливающийся созданием над зоной горения обедненной кислородом и насыщенными парами воды атмосферы, способствующей замедлению и полному прекращению горения.

При этом в силу более значительного количества воды, имеющейся в пене низкой кратности воды, и соответственно большей плотности (веса единицы объема) пены низкой кратности по сравнению с пенами средней кратности можно подавать с более дальних расстояний, что существенно влияет на обеспечение безопасности пожарного персонала при крупномасштабных и взрывоопасных аварий со сжиженными газами.

Характерной отличительной особенностью предлагаемых технических решений является получение и применение воздушно-механической пены с кратностью от 30 ± 10 на основе синтетических углеводородных пенообразователей.

Авторами в лаборатории заявителя экспериментально установлено и теоретически обосновано, что получаемая гибридная воздушно-механической пена существенно отличается по своей структуре, вязкости, дисперсности, реологическим, тиксотропным и другим значимым для взрывопожаропредотвращения и пожаротушения свойствам от известных свойств пен низкой и средней кратности на основе углеводородных и фторсодержащих пенообразователей.

Выявлено, что в результате турбулентного безударного перемешивания пузырьков пены низкой кратности и пузырьков пены средней кратности в гибридной пене образуются усредненные по размерам пузырьки пены, более крупные по сравнению с пузырьками пены низкой кратности, но с более утолщенными по сравнению с пенами средней кратности водосодержащими каналами Плато-Гиббса.

Как экспериментально установлено авторами, структура гибридной пены с уникальными по своей структуре и огнетушащим свойствам водовоздушными пузырьками, позволяет не только лучше сдерживать высокую температуру пламени без существенных разрушений объема самой гибридной пены, то есть эффективнее изолировать поверхность пожара, но и доставлять струи гибридной пены на значительно большие расстояния по сравнению со струями пены средней кратности или комбинированными струями пены низкой кратности и средней кратности.

Авторами экспериментально установлено также, что при воздействии гибридной воздушно-механической пены на поверхность разлива сжиженного природного или углеводородного газа проявляется эффект синергизма за счет одновременного воздействия нескольких факторов - охлаждения, разбавления парами воды атмосферы в зоне испарения и горения газа, теплоизоляции и резкого снижения концентрации газа и паров горючих жидкостей над слоем пены в зоне горения вплоть до снижения скорости химической реакции и последующего уменьшения температуры пламени до температуры потухания.

Это обусловлено усредненной дисперсностью и утолщенностью водосодержащих каналов Гиббса-Плато гибридной пены по сравнению с пенами низкой и средней кратности или по сравнению с пеной в комбинированных струях пены низкой кратности и средней кратности.

Натурные испытания установок с предлагаемой кассетой сеток в условиях практического тушения различных реальных пожаров (фиг. 20-25) показывают уверенное решение сформулированной проблемы (поставленной изобретательской задачи) и реальное достижение требуемого технического результата - повышение эффективности тушения аварийно-транспортных, лесных, аварийно-промышленных и иных крупномасштабных пожаров в результате создания, изготовления и практического использования конструктивно простых, технологичных в изготовлении и надежных в эксплуатации предлагаемой установки, а также доказывают:

- простоту и технологичностью изготовления, подготовки к использованию, использования, сборки/разборки и ремонта предлагаемой кассеты сеток для генераторов пены средней кратности;

- простоту и эффективностью эксплуатации;

- высокую надежность эксплуатации в течение продолжительного (до 7 лет) времени,;

- возможность генерации с высокой производительностью и достаточной для безопасной работы для пожарного персонала (40-55 м) дальностью подачи струи воздушно-механической гибридной пены средней кратности или распыленной воды, наиболее эффективных для тушения и предотвращения распространения большинства пожаров;

- возможность ручного и стационарного применения установок с предлагаемой кассетой сеток с возможностью ручного и автоматического управления, возможностью создания автоматических колебательных движений в различных угловых диапазонах, обеспечивающих оперативное, быстрое и равномерное покрытие гибридной пеной средней кратности или распыленной водой всей поверхности пожара.

Сравнительные испытания генератора пены средней кратности ГПС-600 и производимого заявителем генератора пены средней кратности типа УКТП ПУРГА 30 в базовом варианте конструктивного исполнения показали следующие, указанные в Таблице 1, основные технические и эксплуатационные параметры и показатели:

Таблица 1.

Наименование показателей		ГПС-600 по ГОСТ 50409-92	Генератор пены средней кратности типа УКТП ПУРГА 30 с кассетой сеток по полезной модели
Производительность по воде (водному раствору пенообразователя) [л/с]		4,8-6	30
Дальность подачи струи пены средней кратности [м]		10	45-50
Высота подъема струи пены средней кратности [м]		5	20-27
Давление на входе [МПа (кг/см2 )]		0,6 (6)	0,8 1,2 (8-12)
Кратность пены		100±30	30±10
Габаритные размеры	Длина	610	1255
	Ширина	350	625
	Высота, диаметр корпуса в месте установки сеток	310	590
Масса [кг]		4,45	40-50

Характерной особенностью предлагаемого устройства является возможность генерирования, подачи под напором для тушения и локализации пожаров быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема.

Химический процесс получения вспененного геля кремнезема и слоя пенокерамического материала на основе обезвоженного вспененного кремнезема включает стадию формирования золя кремнезема и стадию вспенивания золя кремнезема с образованием вспененного геля кремнезема и высвобождением воды, а также стадию обезвоживания вспененного геля кремнезема с получением твердого пенокерамического материала на основе вспененного кремнезема.

Формирование золя кремнезема происходит в результате смешения и взаимной гомогенизации смеси водного раствора силиката щелочного металла, преимущественно силиката натрия, и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, (компонент А), и активатора золеобразования кремнезема (компонент Б).

Переход силиката щелочного металла, далее в преимущественном варианте - силиката натрия, в кремнезем обусловлен химической реакцией гидролиза силиката натрия в водной среде в присутствии активатора золеобразования с образованием кремниевой кислоты и последующей конденсации кремниевой кислоты, способствующей зародышеобразованию дисперсной фазы золя кремнезема и высвобождению воды.

Влияние активатора золеобразования на полимеризацию сформированных мономеров кремнезема и ограничение этой стадии процесса от дальнейшего гелирования определяется показателем размера гидродинамического радиуса частиц в диапазоне до 50 нм, так как известно, что увеличение концентрации и размеров дисперсной фазы приводит к появлению коагуляционных контактов между частицами и началу структурирования

Как показали исследования авторов в качестве активатора золеобразования кремнезема из силиката щелочного металла (компонента Б) целесообразно использовать кислые растворы с рН от 0,5 до 5, например, водный раствор - от 20 до 60%, преимущественно от 30-50%-ный водный раствор уксусной кислоты

Объемное соотношение компонентов А и Б составляет от 15:1 до 6:1, преимущественно 10:1.

Компоненты А и Б смешивают и вспенивают в стволе с эжектором с образованием быстротвердеющей пены кремнезема с кратностью 2 - 60 с протеканием в пенной среде реакций золеобразования кремнезема и поликонденсации золя кремнезема с золь-гель переходом кремнезема с получением вспененного геля кремнезема с набором его твердости при использовании указанных выше компонентов в указанном соотношении в течение от 1 секунды до 1,5 минут и изменением его объема не более 10% в течение 24 часов.

В результате естественного или принудительного выделения влаги из вспененного геля кремнезема получается твердый пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема, который при сохранении вспененной структуры обладает термостабильностью при воздействии температуры не менее 1000°С до 60 минут, что позволяет использовать полученный вспененный гель кремнезема и пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема в качестве огнетушащего средства при взрывопожаропредотвращении, в том числе для тушения и локализации лесных пожаров путем создания огнестойких пенных заградительных полос, в качестве изолирующего материала в строительстве и в иных отраслях промышленности, для локализации радиационно опасных участков местности и аварийных проливов АХОВ, для пожаровзрывопредотвращения при аварийном розливе расплавленных металлов, таких как медь, алюминий и др.

Как показали исследования авторов, смешивание компонентов А и Б целесообразно проводить одновременно с вспениванием смеси компонентов А и Б в стволе с эжектором.

Получаемая быстротвердеющая пена вспененного кремнезема обладает хорошей адгезией к различным объектам пожаротушения, в том числе к вертикальным металлическим поверхностям, и высокой структурно-механической стойкостью к неблагоприятному воздействию на нее внешних факторов, такие как тепловые потоки и ветер.

Концентрации и условия взаимного диспергирования силиката щелочного металла и активатора золеобразования кремнезема, а также концентрации силиката натрия, химические свойства пенообразующего поверхностно-активного вещества оказывают существенное влияние на процесс золеобразования и пенообразования при вспенивании, в связи с чем выбор концентраций и конкретных компонентов пенообразующего поверхностно-активного вещества и активатора золеобразования кремнезема могут изменяться в конкретных случаях.

Как показали проведенные авторами исследования смешивание компонентов и вспенивание смеси с образованием вспененного геля кремнезема целесообразно осуществлять в диапазоне времени от 1-5 секунд, в течение которого осуществляется набор механической прочности геля с образованием субтвердой массы вспененного кремнезема с вязкостью до 100 Па⋅с, что, как известно, соответствует понятию - твердого состояния вещества.

Кроме этого, в пределах именно этого диапазона времени обычно осуществляется подача на очаг пожара пен с расстояния до 10 м и более.

Рост мономерных цепочек кремнезема в результате поликонденсации частиц золя кремнезема приводит к увеличению их среднего гидродинамического радиуса и, следовательно, к увеличению коагуляционных контактов между наночастицами золя кремнезема.

В связи с высокой гомогенизацией смеси раствора силиката щелочного металла с поверхностно-активным веществом и раствора активатора золеобразования в процессе одновременного смешивания и вспенивания в эжекторном смесителе-пеногенераторе на стадии формирования золя кремнезема, достижение энергетического барьера, определяющего возможность химического взаимодействия отдельных мономеров золя кремнезема через равновесную по толщине прослойку стенок пены как дисперсионной среды, происходит во всем объеме вспененной смеси компонентов с достаточно высокой гомогенностью.

Это позволяет с достаточно высокой скоростью обеспечить переход смеси растворов из состояния золя кремнезема в гель кремнезема с образованием быстротвердеющего вспененного геля кремнезема.

Дальнейшая поликонденсация частиц золя кремнезема в гель кремнезема в пене приводит к высвобождению химически связанных молекул воды и уплотнению сформировавшегося неорганического полимера вспененного кремнезема с высвобождением воды и обезвоживанием.

Внешние факторы, например, воздействие высокой температуры при пожаре, могут ускорять стадию высвобождения воды и обезвоживания, причем увеличение термостабильности неорганического полимера кремнезема будет пропорционально количеству высвобождающихся химически связанных молекул воды, что в конечном итоге способствует повышению огнетушащей способности вспененного кремнезема.

В результате детально описанного физико-химического процесса получается вспененный гель кремнезема, который по результатам проведенных авторами исследований в необезвоженном состоянии обладает следующими основными свойствами и характеристиками:

содержит, мас.%, 13-65%, преимущественно 20-50% кремнезема, 1-15%, преимущественно 6% пенообразующего поверхностно-активного вещества, вода-остальное;

имеет объемную массу 0,1-0,8 г/см³;

имеет объемную устойчивость не менее 22 часов при изменении объема не более 10%.

В обезвоженном состоянии вспененный гель кремнезема имеет объемную массу 0,05-0,1 г/см³ и

сохраняет не менее 95% объемной формы при нагреве до температуры 1000°С в течение не менее 40 минут;

имеет микро- и макропористую структуру с удельной площадью поверхности не менее 20 м²/г;

имеет пластичную структуру геля с кратностью от 2 до 20;

имеет твердость по показателю вязкости более 100 Па⋅с;

имеет белый или желтовато-белый цвет.

Вспененный гель кремнезема в преимущественном варианте реализации полезной модели получают эжекционным смешением и вспениванием смеси водного раствора 10-70%, 20-50%, силиката натрия, и 1-15%, 6%, синтетическим углеводородным пенообразователем, с 1 до 6%, от 20 до 50%-ного водного раствора уксусной кислоты, при массовом соотношении водного раствора силиката натрия с пенообразующим поверхностно-активным веществом и водного раствора уксусной кислоты от 15:1 до 5:1, преимущественно 10:1.

Вспененный гель кремнезема получается на основе водного раствора золя кремнезема, сформированного в процессе гидролиза вспененной смеси раствора силиката натрия с пенообразователем с рН от 10,5 до 12,0 и активатора золеобразования с рН от 1 до 5 при использовании раствора кислоты или с рН от 3 до 8 при использовании раствора соли, с гидродинамическим радиусом частиц кремнезема не более 50 нм при эжекционном вспенивании раствора золя кремнезема в процессе роста мономеров кремнезема до среднего диаметра золя кремнезема 100 нм с набором механической прочности по показателю динамической вязкости от 20 мПа⋅с до 100 Па⋅с в диапазоне времени 1-10 секунд.

Растворимый силикат щелочных металлов лития, калия, натрия, обычно называемый «жидкое стекло», представляет собой вязкую жидкость с общей химической формулой R₂ О⋅mSiO₂⋅nH₂O (где R₂ О - оксид щелочного металла, m - модуль жидкого стекла) с плотностью 1400-1500 кг/м³ и коэффициентом динамической вязкости до 1 Па⋅с.

Жидкое натриевое стекло смешивается с водой в любых соотношениях и при содержании в огнетушащем составе в указанном количестве (10-70%, преимущественно от 20 до 70%) изменяет вязкость раствора от 6 мПа⋅с до 40 мПа⋅с при изменении плотности раствора с 1020 кг/м³ до 1250 кг/м³.

В указанном диапазоне концентрации жидкого стекла в составе водного раствора вязкость раствора увеличивается в 4-500 раз по сравнению с вязкостью воды (0,001 Па⋅с, 20°С). Такое изменение вязкости водных растворов, используемых для тушения пожаров, практически недостижимо при использовании органических или неорганических загустителей.

Кроме того, при растворении жидкого стекла в воде существенно повышается плотность раствора, что способствует увеличению кинетической энергии движения струи огнетушащего раствора или пены по сравнению с энергией струи воды, направленной в очаг горения с одинаковой скоростью. Дальность полета струи огнетушащего раствора или пены при этом также увеличивается.

При приготовлении предлагаемого огнетушащего средства необходимо использовать жидкое стекло с модулем m=SiO₂/R₂O=2,5-3,2. Данный выбор диапазона установлен исходя из экономической целесообразности использования наиболее распространенных и доступных композиций жидкого стекла.

Обозначенный интервал силикатного модуля позволяет значительно удешевить его производство, оказывая положительный экономический эффект на создаваемый продукт. Однако, допускается использование иного модуля с небольшим отклонением от установленного в диапазоне ±0,5.

Этот интервал охватывает практически все виды жидких стекол, выпускаемых промышленностью.

Срок хранения раствора жидкого стекла в герметичных металлических емкостях практически неограничен и не вызывает коррозии металла.

Подбор концентрации реагентов исходил из условий, что набор твердости вспененного субстрата из золя кремнезема при переходе в состояние геля сопровождался набором вязкости до 100 Па⋅с за установленный интервал времени 1-10 секунд.

Нижнее значение установленного интервала времени (1 с) определена исходя минимально возможного времени гомогенизации смеси растворов с одновременным вспениванием.

Верхнее значение установленного интервала времени (10 секунд) определено экспериментально на основе визуального наблюдения ухудшения структурно-механических параметров пены на объектах пожаротушения.

При интенсивной гомогенизации смеси компонента Б (преимущественно водного раствора уксусной кислоты) и компонента А, состоящего из водного раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ) и силиката щелочного металла, может быть получен золь кремнезема, перспективный для получения вспененного геля кремнезема, однако ключевыми параметрами в данном случае являются концентрации силиката и активатора золеообразования, условия смешивания и вспенивания компонентов, которые определены авторами экспериментально.

При исследованиях учитывали такие показатели как стабильность вспененного материала, структура вспененного материала, кратность вспененного материала, огнетушащие свойства и термостойкость материала.

Стабильность характеризуется периодом времени, в течение которого пены не изменяли своего объема (т.е. уменьшение объема 10%).

Структура вспененного материала оценивалась визуально после затвердевания и сушки (примерно через 3 дня при температуре 25±5°С).

Кратность пены, определялась весовым методом.

Огнетушащие свойства - временем тушения модельного очага пожара 1А.

Термостойкость - сохранением материалом структуры и свойств при нагреве до определенной температуры, выше которой начинается частичное подплавление поверхностного слоя и его уплотнение.

Отличительной характерной особенностью предлагаемой установки для взрывопожаропредотвращения и тушения является возможность получения вспененного геля кремнезема, образующего быстротвердеющую пену низкой и средней кратности, получаемую путем эжекционного смешивания и вспенивания в стволе жидких компонентов огнетушащего вещества: компонента А - водного раствора смеси силиката щелочного металла, преимущественно силиката натрия, и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, и компонента Б - активатора золеобразования кремнезема в виде водного раствора преимущественно уксусной кислоты.

Огнетушащим средством предлагаемой установки является вспененный гель кремнезема, образующий быстротвердеющую пену, получаемую путем смешивания двух жидких компонентов огнетушащего вещества - компонента А и компонента Б и эжекционного вспенивания их смеси атмосферным воздухом.

Компонент А представляет собой водный раствор смеси силиката щелочного металла, преимущественно силиката натрия и пенообразующего поверхностно-активного вещества, преимущественно синтетического углеводородного пенообразователя, с рН от 10,5 до 12,0, при соотношении, мас.%, 10-70%, преимущественно 20-50% силиката натрия, 1-15%, преимущественно 6% пенообразующего поверхностно-активного вещества, 30-79% - воды.

Компонент Б - водный раствор активатора золеобразования кремнезема из силиката щелочного металла представляет собой от 20 до 60%, преимущественно от 30-50%-ный водный раствор преимущественно уксусной кислоты с рН от 0,5 до 5.

Объемное соотношение компонентов А и Б составляет от 15:1 до 6:1, преимущественно 10:1.

Смесь компонентов А и Б вспенивается атмосферным воздухом в стволе с эжектором с образованием быстротвердеющей пены кремнезема (вспененного геля кремнезема) с протеканием в пенной среде реакций золеобразования кремнезема и поликонденсации золя кремнезема, с золь-гель переходом кремнезема и с получением вспененного геля кремнезема с набором его твердости в течение от 2 секунд до 2 минут и изменением его объема в затвердевшем состоянии не более 10% в течение 24 часов.

В результате выделения избыточной влаги из вспененного геля кремнезема получается твердый пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема, который при сохранении вспененной структуры обладает термостабильностью при воздействии температуры не менее 1000°С до 60 минут, что позволяет использовать полученный вспененный гель кремнезема и пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема в качестве эффективного огнетушащего средства при тушении и взрывопожаропредотвращении, в том числе путем создания огнестойких пенных заградительных полос.

При необходимости получаемая твердая пена (твердый пенокерамический материал на основе вспененного геля кремнезема) может быть механически разрушена с получением мелкодисперсного порошка кремнезема, по химической сути - экологически безопасного мелкодисперного обычного песка SiO₂.

Таким образом, борьба с пламенем посредством вспененного геля кремнезема, образующего быстротвердеющую термостойкую неорганическую пену осуществляется посредством эффективной комбинации всех факторов, совмещающих индивидуальные преимущества различных типов известных огнетушителей.

Конкретные технические преимущества предлагаемой установки для взрывопожаропредотвращения и твердопенного тушения вспененным гелем кремнезема заключаются в следующем:

1) свободная, физически и химически связанная вода вспененного геля кремнезема понижает температуру зоны возгорания, поглощая латентное тепло и способствуя гашению огня;

2) вспененный гель кремнезема формирует отличный термостойкий и теплоизоляционный слой, ограничивая горячую зону возгорания, которая, несмотря на охлаждение вследствие процесса (1), может излучать тепло, распространяя его на прилегающие охлажденные водой зоны;

3) твердая пена кремнезема формирует покрывной слой в виде защитного теплогазоизолирующего огнестойкого покрытия, предотвращающего любое возгорание горючего материала данной зоны, оказавшегося под этим покрывным слоем;

4) твердая пена кремнезема с наноразмерными частица кремнезема создает между горючим материалом, еще не охваченным огнем, и кислородом прилегающей атмосферы барьер для кислорода, необходимого для того, чтобы произошло возгорание;

5) наноразмерные частицы кремнезема за счет образования объемной решетчатой структуры не только хорошо удерживают воду, но и обеспечивает прилипание тонкодисперсных частиц кремнезема к объекту пожаротушения, а быстротвердеющая пена, в отличие от воды и обычной жидкой воздушно-механической водяной пены, которая стекает с вертикальных, наклонных и неровных поверхностей обеспечивает формирование твердопенного теплогазоизолирующего барьера.

Как показали натурные испытания использование предлагаемой установки комбинированного тушения пожаров воздушно-механической пеной средней кратности, воздушно-механической пеной низкой кратности, распыленной водой и быстротвердеющей пеной на основе вспененного геля кремнезема по сравнению с известными средствами пожаротушения пеной средней кратности наиболее перспективны в процессе ликвидации крупномасштабных пожаров:

на предприятиях топливной, химической, нефтеперерабатывающей промышленности;

на предприятиях лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, в лесах и на сельскохозяйственных угодьях;

при тушении послеаварийных пожаров воздушного транспорта на земле, аварий, катастроф не железнодорожном, морском и речном транспорте;

при нейтрализации и утилизации сильнодействующих ядовитых веществ.

Использование установки позволяет реализовать новые современные технологи получения и подачи воздушно-механической пены средней кратности или распыленной воды с увеличенной дальнобойностью и скоростью растекания по поверхности горения, что позволяет:

сократить время пожаротушения по сравнению с традиционными средствами, на складах боеприпасов и сильнодействующих ядовитых веществ;

существенно уменьшить количество ствольщиков, непосредственно участвующих в тушении пожара;

снизить риск для здоровья и жизни людей, поскольку тушение пожара может осуществляться на значительном расстоянии от горящего объекта;

повысить мобильность и механизацию процесса доставки воды и пены в зону горения.

Учитывая новизну отдельных и совокупности существенных признаков, техническое решение проблемы, существенность всех общих и частных признаков полезной модели, детально раскрытых в описании и показанных на чертежах, доказанную в разделе «Осуществление полезной модели» техническую осуществимость и промышленную применимость полезной модели, уверенное решение актуальной проблемы, доказано уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании полезной модели - повышении эффективности тушения аварийно-транспортных, лесных, аварийно-промышленных и иных пожаров.

Это доказывает также, что предложенные технические решения актуальной проблемы соответствуют всем установленным, предъявляемым к полезной модели требованиям охраноспособности, а также доказывает раскрытие сущности заявленного полезной модели в документах заявки с полнотой, достаточной для осуществления полезной модели.

Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки полезной модели являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели полезной модели, но и позволяют реализовать полезную модель промышленным способом.

Claims (26)

1. Установка комбинированного тушения пожара, характеризующаяся тем, что

изготовлена с возможностью раздельного генерирования и раздельной подачи под напором воздушно-механической пены средней кратности, воздушно-механической пены низкой кратности, распыленной воды, диспергированной воды и быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема

и содержит два закрепленных на траверсе генератора, каждый из которых содержит

корпус,

размещенную внутри корпуса кассету сеток,

расположенные перед кассетой сеток форсунки подачи на кассету сеток огнетушащих средств,

ствол с размещенным внутри ствола эжекторным смесителем с патрубком эжекционного всасывания внутрь ствола компонента огнетушащего средства,

трубопроводы подачи огнетушащих средств на форсунки и в ствол и

краны открытия/закрытия трубопроводов подачи огнетушащих средств,

при этом кассета сеток изготовлена из коаксиально установленных с натягом один внутри другого

внутреннего обода с установленной и закрепленной в нем посредством плоских параллельных направлению движения в корпусе огнетушащего средства ребер кольцевой обоймой со сквозным отверстием для размещения в нём ствола,

промежуточного обода,

наружного обода

и двух расположенных с зазором относительно друг друга сеток,

одна из которых зафиксирована краями в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями наружного и промежуточного ободов, а другая сетка зафиксирована краями в зазоре между сопрягаемыми боковыми поверхностями промежуточного и внутреннего ободов,

в сетках выполнены соосные и соразмерные сквозному отверстию обоймы отверстия с фиксацией краев сеток на обойме посредством кольцевых шайб и винтов,

а ствол размещен в сквозном отверстии обоймы в кассете сеток и присоединен к трубопроводам подачи в него огнетушащих средств.

2. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что размещенный в стволе эжекторный смеситель изготовлен в виде сопла Лаваля.

3. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что изготовлена с возможностью генерования и подачи под напором воздушно-механической пены средней кратности с кратностью 30 ± 10, получаемой в результате генерирования и турбулентного перемешивания в процессе спутного движения соприкасающихся струи формируемой в стволе пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15 и по крайней мере одной генерируемой на кассете сеток струи воздушно-механической пены средней кратности с кратностью от 25 до 70, получаемых при подаче на кассету сеток и в ствол раствора пенообразователя.

4. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что изготовлена с возможностью генерирования и подачи под напором воздушно-механической пены низкой кратности с кратностью от 5 до 15, получаемой при подаче в ствол раствора пенообразователя или при подаче в ствол воды и подаче в эжекторный смеситель пенообразователя.

5. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что изготовлена с возможностью генерирования и подачи под напором распыленной и диспергированной воды при подаче воды на кассету сеток и в ствол.

6. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что изготовлена с возможностью генерирования в стволе и подачи под напором быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема, получаемой в результате смешивания в стволе подаваемого в ствол одного компонента быстротвердеющей пены в виде водного раствора смеси силиката натрия и пенообразователя и подаваемого через эжекторный смеситель другого компонента быстротвердеющей пены в виде водного раствора уксусной кислоты с получением в стволе быстротвердеющей пены в виде вспененного геля кремнезема, содержащего, мас.%, 13-65%, 20-50% кремнезема, 1-15%, 6% пенообразующего поверхностно-активного вещества, вода – остальное, имеющего объемную массу 0,1-0,8 г/см³, объемную устойчивость не менее 22 часов при изменении объема не более 10%, а в обезвоженном состоянии имеющего объемную массу 0,05-0,1 г/см³ и сохраняющего не менее 95% объемной формы при нагреве до температуры 1000°С в течение не менее 40 минут, имеющего микро- и макропористую структуру с удельной площадью поверхности не менее 20 м²/г, пластичную структуру геля с кратностью от 2 до 20 с твердостью по показателю вязкости более 100 Па⋅с.

7. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что изготовлена с возможностью ручного и/или дистанционного управления поворотами в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

8. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что снабжена средствами присоединения/отсоединения к трубопроводам подачи огнетушащих средств в виде раствора пенообразователя, воды и компонентов быстротвердеющей пены на основе вспененного геля кремнезема.

9. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что снабжена адаптером с блокировочной цепью, обеспечивающим горизонтальное положение корпуса при поворотах установки в вертикальной и в горизонтальной плоскостях.

10. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что изготовлена стационарно смонтированной на пожаровзрывоопасном объекте на автомобильном, железнодорожном, воздушном, водоплавающем или вездеходном мобильном транспортном средстве или прицепе, размещенной в контейнере или на контейнере, установленном и используемом на палубах морских судов, морских платформ или на объектах берегового базирования.