ЭФЭР - пожарные роботы и роботизированные установки пожаротушения, лафетные и ручные стволы
Пожарные роботы и
ствольная пожарная техника — основа
современных эффективных технологий
пожаротушения

Пожарные роботы и ствольная пожарная техника в пожарной автоматике и пожарной охране: I Устройства формирования струй


Данной публикацией открывается цикл статей по устройству и применению пожарных роботов и ствольной пожарной техники.

Основными огнетушащими веществами, применяемыми для тушения пожаров с использованием ствольной пожарной техники, являются жидкости. В 1959 г. были опубликованы работы Н. А. Тарасова-Агалакова по гидравлике в пожарном деле и А. А. Родэ по лафетным стволам . С тех пор в пожарной технике произошли значительные изменения.

Ствольная пожарная техника является одним из основных и наиболее мощных средств, используемых в пожарной охране для борьбы с пожарами. Все большее применение в пожарной автоматике находят пожарные роботы. Базовым компонентом этих устройств являются насадки для подачи огнетушащего вещества. Насадки — специально спрофилированные каналы, предназначенные для разгона жидкостей до заданной скорости, формирования струи и придания ей направленного устойчивого потока.

По форме струи различают пожарные насадки гладкоствольные или цилиндрические, используемые для формирования сплошных струй, и распыляющие или кольцевые, используемые для создания распыленных струй.


Рис. 1. Конические (а), коноидальные (б) и составные конические (в) насадки

На практике используются следующие виды гладкоствольных пожарных насадков: конические, коноидальные и составные конические (рис. 1). Конические насадки имеют угол конусности от 8 до 15°. Конус насадка заканчивается, как правило, цилиндрической частью, длина которой в небольших насадках составляет около одного диаметра, а в больших — примерно 2/3–3/4 диаметра выходного сечения насадка. На конце цилиндрической части насадка обычно выполняется выемка «в четверть» для защиты его выходной кромки от повреждений. Цилиндрическая часть насадка служит для уменьшения сжатия сечения струи при выходе из него. В конической части струя с наименьшими потерями давления разгоняется до высокой скорости.

Наилучшими гидравлическими параметрами обладают коноидальные насадки, у которых коэффициенты расхода и скорости больше, чем у других типов насадков. Эти насадки рекомендуют для получения струй повышенной дальности. Большое влияние на качество струи оказывает обработка внутренних поверхностей насадка. Наилучшие результаты достигаются при полированной поверхности.


Рис.2. Распыляющий насадок

В настоящее время на смену пожарным стволам с коническими насадками, создающими сплошные струи, приходят стволы, формирующие струи распыленной воды. По ГОСТ Р 51115–97 эти стволы маркируются с буквой «У», т. е. универсальные. Стволы снабжены распыляющим кольцевым насадком (рис. 2), который имеет внутри дефлектор в виде тарельчатого сердечника с поверхностью параболической формы. Вода, обтекая сердечник, по кольцевому отверстию, образованному цилиндрическими стенками корпуса насадка и сердечником, выбрасывается в виде мощной струи, полой внутри. Насадок такой конструкции является наиболее экономичным по расходу воды по сравнению с любым гладкоствольным насадком.

Расход воды Q (м³/с) распыляющего кольцевого насадка определяется по формуле

Q = (R² – r²)∙(2gH)1/2 = 13,90(R² – r²)H1/2,

где  — конструктивный коэффициент насадка; R – радиус корпуса насадка, м; r – радиус сердечника, м; g — ускорение свободного падения, м/с2; Н – напор у насадка, м.

Диапазон расходов для ручных стволов составляет от 2 до 16 л/с, лафетных — от 20 до 500 л/с.

Конструкция насадка для формирования распыленной воды выполнена таким образом, что вода проходит через кольцевой щелевой зазор на высокой скорости, в результате чего в ней образуется огромное количество мельчайших пузырьков (эффект кавитации), что приводит к дроблению струи с дисперсностью капель от 50 до 400 мк. Вода в потоконаправляющей части насадка формируется в виде цилиндрического потока, полого внутри, диаметр которого равен внутреннему диаметру насадка. Из распыляющего насадка вода выходит с одинаковой скоростью на всех участках в разрезе струи в отличие от сплошной струи, выходящей из конического насадка, где струя имеет значительно бόльшую скорость в центре, чем по краям, и уже на выходе имеет тенденцию к распаду. Вакуум, создаваемый внутри прямой распыленной струи, фокусирует струю к центру после прохождения небольшого расстояния от насадка (рис. 3) и равномерно заполняет весь внутренний объем распыленной капельной массой, направленный поток которой образно называют летящим туманом (Jet Fog).


Рис. 3. Схема формирования струи из распыляющего насадка

Сформированная таким образом струя, имеющая одинаковую скорость в разрезе, получается тугой и стабильной. При оптимальном давлении (0,7 МПа) правильно отрегулированная прямая распыленная струя по дальности превосходит струю, получаемую из гладкоствольного насадка. При этом распыленная масса воды в десятки раз эффективнее сплошных водяных струй вследствие высокого поглощения ею тепловой энергии из-за многократно увеличившейся площади контактной поверхности.

Для получения пены низкой кратности не требуется менять насадок, достаточно подать лишь на вход ствола раствор пенообразователя; при этом его скорость на вылете из насадка такая же, как и воды. Пена формируется уже в полете при контакте потока распыленной массы с воздухом. В результате дальность подачи пены значительно выше, чем у стволов, формирующих воздушно-механическую пену, в которых турбулентный воздушно-пенный поток образуется уже в самом стволе.

В основном используются следующие виды распыляющих ручных стволов и насадков: с постоянным расходом, с регулируемым расходом, перекрывные, с регулируемым расходом, автоматические, с эжектированием пенообразователя. Распыляющие насадки, как правило, выпускаются с возможностью изменения угла факела распыления от 0 до 120° (рис. 4). В перекрывных насадках в качестве перекрывного устройства используется тарельчатый сердечник. Насадки с регулируемым расходом дают возможность изменять расход посредством изменения величины щелевого зазора, которая регулируется поворотом втулки расхода.

 
Рис. 4. Снимки струй при различных углах распыления

Автоматические насадки поддерживают оптимальную струю при перепадах расхода в линии подачи воды. Достигается это подпружиненным тарельчатым сердечником, который автоматически поддерживает давление в рабочем диапазоне путем изменения кольцевого щелевого зазора под действием пружины (рис. 5).


Рис.5. Автоматический насадок в разрезе

Насадки с эжектированием пенообразователя включают в себя эжектор, который под действием вакуума подсасывает в поток воды пенообразователь в заданной концентрации (рис. 6).


Рис. 6. Насадок с эжектированием пенообразователя в разрезе

Пожарные лафетные стволы с дефлекторным насадком формируют плоскую струю, применяемую для пожаротушения и создания водяных завес (рис. 7).

 
Рис. 7. Лафетный ствол с дефлекторным насадком

Многообразие насадков, применяемых в ствольной технике, дает возможность формировать целый спектр водяных и пенных струй с широким диапазоном давлений и расходов, изменять расход и углы распыления, регулировать расход при перепадах давления. Все это позволяет более оптимально применять ствольную технику и эффективно использовать огнетушащее вещество.

Горбань Ю. И., генеральный директор, главный конструктор ЗАО «Инженерный центр пожарной робототехники «ЭФЭР»
Синельникова Е. А., канд. техн. наук, заместитель начальника отдела 5.1 НИЦ ПиСТ ФГБУ ВНИИПО МЧС России

Пожаровзрывобезопасность|№ 4, 2014