установка для газоводяного подавления очага пожара

Формула изобретения

Установка для газоводяного подавления очага пожара, содержащая транспортное средство с установленными на нем газогенератором, водяными соплами и средством ориентирования газоводяной струи, отличающаяся тем, что газогенератор жестко закреплен на транспортном средстве, а средство ориентирования газоводяной струи выполнено в виде двух поворотных сопл, подключенных к выходу газогенератора и оснащенных поворотными отклоняющими решетками, при этом поворотные сопла и поворотные отклоняющие решетки установлены с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а водяные сопла жестко связаны с поворотными отклоняющими решетками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пожарной технике, в частности к устройствам для предотвращения и тушения пожаров нефтяных, газовых и газонефтяных фонтанов. Кроме того, оно может использоваться для тушения или предотвращения возгорания различных или находящихся в хранилищах горючих веществ, в частности, нефтепродуктов.

В более широком смысле заявляемое изобретение предназначено для подавления очага пожара. Под термином "подавление очага пожара" авторами понимается не только воздействие на очаг пожара, с целью прекращения процесса горения за счет разбавления потока горючих веществ, поступающих в зону горения, компонентами огнетушащей струи или же за счет газодинамического срыва пламени, но также и последующее воздействие огнетушащей струи (например, газоводяной струи) на раскаленные огнем элементы констpукций с целью их охлаждения, или на вырывающуюся из скважины струю газа (нефти) с целью снижения концентрации горючих веществ и предотвращения повторного возгорания или взрыва.

Известна установка, содержащая транспортное средство (автомобиль), на шасси которого установлена поворотная платформа с закрепленным на ней турбореактивным двигателем, оснащенным газовым соплом, эжектором и водяными соплами [1] В известной установке поворотная платформа является средством ориентирования газоводяной струи в горизонтальной плоскости. При этом во время ориентирования необходимо перемещать значительные массы: поворотной платформы, турбореактивного двигателя, газового сопла и эжектора.

Недостаток известной установки заключается в низкой оперативности очага пожара, поскольку не представляется возможным обеспечить высокие скорости ориентирования газоводяной струи относительно очага пожара, если учесть необходимость быстрого перемещения упомянутых выше масс. Другим недостатком известной установки является невозможность отклонения газовой струи в вертикальной плоскости, что необходимо при подавлении пожаров на нефтегазовых фонтанах.

Наиболее близкой к заявленной является установка для газоводяного подавления очага пожара, содержащая транспортное средство с установленными на нем газогенератором, водяными соплами и средством ориентирования газоводяной струи, которое выполнено в виде подъемно-поворотного устройства газогенератора [2]

Недостаток известной установки заключается в низкой оперативноcти подавления очага пожара, которая объясняется необходимостью изменения углового положения газогенератора в целом как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Это вызвано значительным ее утяжелением из-за наличия подъемно-поворотного устройства, а также с невозможностью быстрого изменения углового положения газоводяной струи.

Кроме того, повышение точки расположения центра тяжести газогенератора приводит к увеличению опрокидывающего момента, возникающего при работе установки. Подвижность газогенератора при работе установки снижает ее надежность, что объясняется наличием гибких связей газогенератора с системами топливного питания и электроснабжения (трубопроводы, кабели).

Цель изобретения повышение оперативности подавления очага пожара.

Другая цель является слагаемым первого результата и заключается в повышении надежности установки, объясняемом возможностью использования жестких соединительных коммуникаций между газогенератором и системами топливного питания и энергоснабжения.

Еще одна цель является слагаемым основного технического результата и заключается в том, что в предложенной установке в процессе работы остаются неизменными положения центра тяжести и точки приложения вектора реактивной тяги от струи газогенератора, чем обеспечивается стабильность величины опрокидывающего момента, действующего на установку, и, следовательно, исключается необходимость оснащения ее дополнительными "страховочными" опорами.

Цель достигается за счет того, что в установке для газоводяного подавления очага пожара, содержащей транспортное средство с установленными на нем газогенератором, водяными соплами и средством ориентирования газоводяной струи, газогенератор жестко закреплен на транспортном средстве, а средство ориентирования газоводяной струи выполнено в виде двух поворотных сопл, подключенных к выходу газогенератора и оснащенных поворотными отклоняющими решетками, при этом поворотные сопла и поворотные отклоняющие решетки установлены с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а водяные сопла жестко связаны с поворотными отклоняющими решетками.

Исходя из вышеизложеного, можно утверждать, что осуществление ориентирования газоводяной струи путем изменения ее углового положения относительно очага пожара при фиксированном положении газогенератора в заявленном устройстве по сравнению с ее ориентированием за счет изменения углового положения всего газогенератора в прототипе позволяет значительно повысить скорость изменения положения струи относительно очага пожара (скорость "перекладки" струи).

Тем самым может быть достигнуто значительное ускорение подавления очага пожара как при тушении нефтегазовых фонтанов, так и при тушении разлитых нефтепродуктов и других веществ.

В прототипе не могут быть достигнуты значительные скорости "перекладки" струи, поскольку это достигается за счет поворота тяжелого газогенератора. Этот недостаток прототипа особенно заметен при использовании в качестве газогенератора газотурбинного двигателя, обладающего значительной массой (достигающей несколько тонн) и имеющего высокооборотный ротор со значительным моментом инерции, создающий во время поворота двигателя мощный гироскопический момент. Следствием возникновения этого момента является необходимость усиления и утяжеления как опор двигателя, так и подъемно-поворотного устройства, а также опасность разрушения двигателя при больших скоростях поворота.

Другим преимуществом использования неподвижного газогенератора является возможность более низкого его расположения на транспортном средстве, чем обеспечивается понижение общего центра тяжести установки, уменьшение ее массы и связанное с этим улучшение характеристик устойчивости и проходимости транспортного средства, что в конечном счете сокращает общее время от возникновения очага пожара до полного его подавления.

Особенно эффективно заявленное устройство при последовательном подавлении нескольких близко расположенных очагов пожара (например, фонтанирующих скважин), а также при тушении разлитых на большом пространстве горящих веществ.

На фиг. 1 показана установка, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху.

Установка содержит транспортное средство 1, в качестве которого может использоваться любое подходящее по грузоподъемности, например грузовой автомобиль на колесном ходу, танк с демонтированной башней, бронетранспортер или показанный на фиг. 1 и 2 многоцелевой гусеничный транспортер тягач (типа МТ-ЛБ или МТ-ЛБВ). На грузовой платформе 2 транспортного средства 1 установлены газотурбинный двигатель (ГТД) 3, используемый в качестве газогенератора, и последовательно соединенное с ним средством ориентирования газоводяной струи газодинамическое отклоняющее устройство (ГОУ) 4. ГТД 3 закреплен на силовой раме с опорами 5 и 6. При этом опора 5 выполнена жесткой и снабжена шарнирным креплением к корпусу ГТД 3, а опора 6 крепится шарнирно к корпусу ГТД 3 и к платформе 2 транспортного средства 1.

ГТД 3 снабжен автономными системами запуска, управления, энергопитания и топливоснабжения (на чертежах не показаны), а также запасом топлива, достаточным для работы установки в течение всего времени подавления очага пожара. Перед ГТД 3 установлено защитное входное устройство 7. Газодинамическое отклоняющее устройство 4 включает в себя разветвитель 8, вход которого связан с ГТД 3 через промежуточный элемент 9. В качестве промежуточного элемента 9 могут использоваться телескопическое соединение компенсирующее тепловые деформации и защищающие корпус ГТД 3 от передачи на него изгибающих и крутящих моментов. К выходам разветвителя 8 посредством подшипников 10 присоединены поворотные сопла 11, оснащенные отклоняющими решетками 12, установленными на шарнирах 13. На отклоняющих решетках 12, в пространстве между ними, жестко закреплены водяные сопла 14, подключенные к системе подачи воды (не показана). Решетки 12 снабжены автономными приводами 15 (например, гидравлического типа, шарнирно связанными как с решетками 12, так и с поворотными соплами 11. На корпусе разветвителя 8 установлены автономные приводы 16 сопл 11. Стекло кабины 17 водителя и оператора установки снабжено защитным козырьком 18. ГОУ 4 жестко крепится к грузовой платформе 2 транспортного средства 1 с помощью элементов 19 силовой рамы. В случае необходимости приводы 16 сопл 11 могут быть связаны между собой с помощью синхронизирующей рессоры 20.

Установка газоводяного подавления очага пожара работает следующим образом.

С помощью транспортного средства 1 установка выводится к месту расположения очага пожара. Еще при подходе установки к заданной точке может быть осуществлен запуск ГТД 3. Атмосферный воздух засасывается на вход ГТД 3 через защитное входное устройство 7, представляющее собой, например, металлический сетчатый фильтр и предназначенное для предотвращения попадания посторонних предметов на вход ГТД. Выхлопная струя ГТД 3 посредством разветвителя 8 делится на две струи, каждая из которых поступает в свое поворотное сопло 11 и истекает из него с большой скоростью через соответствующую отклоняющую решетку 12. Одновременно через водяные сопла 14 истекают водяные струи. Поворотные сопла 1 расположены непосредственно над кабиной 17 водителя и оператора установки, что позволяет осуществить предварительное ориентирование газовой и газоводяной струи (струй) за счет поворота самого транспортного средства 1 при работе ГТД 3 на пониженном режиме. Затем осуществляется торможение транспортного средства 1 и ГТД 3 переводится в номинальный или максимальный режим работы. Оператор из кабины 17 или с использованием пульта дистанционного управления управляет приводами 16 поворотных сопл 11 (обеспечивающих изменение углового положения газовых струй в вертикальной плоскости) и приводами 15 решеток 12 (обеспечивающих изменение углового положения газовых струй в горизонтальной плоскости). Подшипники 10 обеспечивают свободное вращение сопл 11 относительно разветвителя 8, а шарниры 13 вращение решеток 12 относительно сопл 11. Поскольку водяные сопла 14 жестко связаны с решетками 12, направления истекания водяных и газовых струй совпадают. Скорость газа на выходе из поворотных сопл 11 приближается к скорости звука и составляет 400-450 м/с. Поэтому водяные струи эффективно дробятся в газовой струе, частично испаряясь и понижая температуру газа.

Таким образом, на очаг пожара воздействует мощная газоводяная струя с относительно невысокой температурой. По химическому составу она представляет собой обедненную кислородом смесь продуктов сгорания. Углы поворота сопл 11 могут составлять 40-90^оС вверх и 20^оС вниз от горизонтали при скорости изменения угла до 10^оС. Углы поворота отклоняющих решеток 12 могут достигать 20^оС вправо и влево от оси ГТД 3.

Система управления поворотными соплами 11 и отклоняющими решетками 12 обеспечивает независимое изменение положения каждого из этих элементов. Этим достигается возможность изменения профиля поперечного сечения результирующей газоводяной струи: от круглого при смыкании двух струй от каждого из сопл 11 до овального при их параллельном истечении. Широкие возможности установки по изменению направления и профиля газоводяной струи позволяют повысить эффективность ее воздействия на очаги пожара различной формы и интенсивности (например, наклонные факелы). Технология тушения различных видов пожаров с использованием генераторов газоводяной струи широко известна и авторами не описывается.

Преимущество описанной конструкции установки заключается еще и в том, что силовая рама ГТД 3 с опорами 5 и 6 воспринимает усилия от веса ГТД с защитным входным устройством 7, а также осевые усилия от газодинамических сил, а силовая рама газодинамического отклоняющего устройства (ГОУ) 4 воспринимает часть осевых нагрузок, изгибающие и крутящие моменты от газовых сил при повороте сопл 11 и решеток 12. Таким образом, при наличии промежуточного элемента 9 достигается компенсация тепловых деформаций корпусов ГТД 3 и разветвителя 8, а также защита корпуса ГТД 3 от изгибающих и крутящих моментов, возникающих на корпусе разветвителя 8 в процессе работы установки.

Возможны и другие варианты выполнения ГОУ 4. Оно может представлять собой, например, поворотное одиночное (плоское или осесимметричное) сопло, обладающее возможностью отклонения выхлопной струи независимо в горизонтальном и вертикальном направлениях. Водяные сопла 14 при этом могут устанавливаться непосредственно в газовом тракте упомянутого сопла, что обеспечивает лучшее распыление и испарение водяных капель. Часть воды в этом случае может быть специально направлена на стенки сопла в случае необходимости их охлаждения при длительной работе установки. В описанном в заявляемом примере выполнения установки водяные сопла также могут быть размещены в газовом тракте, непосредственно за газотурбинным двигателем 3. В то же время размещение водяных сопл 14 в промежутке между газовыми соплами 11 также имеет преимущество, заключающемся в том, что две смыкающиеся газовые струи организуют мощный подсос и разгон водяных струй, выбрасываемых из водяных сопл 14.

Аналогично в качестве газогенератор может использоваться и любое другое известное устройство, обеспечивающее создание газовой струи достаточной мощности со скоростью истечения, превышающей скорость распространения пламени в среде очага пожара.