Автомобиль газового водяного тушения

Введение

Из теорий горения веществ известно, что большинство веществ и материалов не способны гореть при снижении концентрации кислорода в зоне горения менее 14-15%. Этот метод тушения пожаров в настоящее время нашел применение только в стационарных паровых, углекислотных, брометиловых и т.п. установках на некоторых объектах. Однако, такие установки стационарного типа не всегда являются экономически оправданными и малоэффективны. Из передвижных средств тушения пожаров метод снижения концентраций кислорода в зоне горения в настоящее время используются только автомобили углекислого тушения, которые не получили большого распространения.

Отсутствие мощных генераторов инертного газа сдерживало развитие способа ликвидации горения путем создания инертной среды в зоне горения.

Сейчас, когда в народном хозяйстве находят применение мощные турбореактивные двигатели, решение этой проблемы сводится к тому, чтобы двигатель как мощный генератор инертного газа поставить на вооружение пожарной охраны.

Использование выхлопных газов двигателей, для целей пожаротушения не является новой теорией) однако, как известно до сегодняшнего дня в тактике пожаротушения не применялось.

В отличие от прежних способов и методов ведения борьбы с огнем использование турбореактивной установки является принципиально новым способом в тушении сложных пожаров.

Например, при пожарах в складских и подвальных помещениях, ликвидация очагов горения в настоящее время про» наводится водяными стволами, при этом ствольщикам приходится работать в трудных условиях из-за высокой температуры и сильного задымления. Как правило, на поиски очагов горения затрачивается значительно больше времени, чем на их ликвидацию.

При тушении пожаров методом заполнения объемов помещения инертными газами ликвидация процесса горения будет проходить более эффективно, а хранимые материалы не будут испорчены водой.

Другой пример:

Большую трудность для тушения представляют горящие самолеты ввиду большой скорости распространения пламени, Турбореактивная установка позволяет силой струи механически сбивать пламя с горящих поверхностей. Необходимо заметить, что пожарная охрана в настоящее время не располагает эффективными установками по ликвидации пожаров на самолетах.

Введение различных добавок к инертному газу, как-то: водно-бромэтиловой эмульсии, порожков и распыленной волы позволит подавать их силой струи на большие площади и значительные расстояния, что не исключает применения установки для тушения открытых пожаров на большой площади.

Как показали предварительные испытания, турбореактивная установка с успехом может быть использована для создания противопожарных разрывов по линии движения огня путем разборки сгораемых строений и сооружений легкого типа силой реактивной струи.

2. Конструкции турбореактивной установки

Турбореактивная установка для тушения пожаров смонтирована на шасси автомобиля  ЗИЛ-157.

В качестве генератора инертного газа использован   авиационный турбореактивный двигатель типа ВК-1а, конструкция Климова.

Технические данные на двигатель ВК-1а

1. Условное обозначение       НК-1а

2. Максимальные обороты        11500 об/м

3. Камеры сгорания прямоточные     9 шт

4. Компрессор центробежный одноступенчатый

5. Расход воздуха на максим. оборотах    (п-11500) -42,8кг/сек

6. Турбина осевая одноступенчатая

7. Выхлопная система-нерегулируемая реактивная труба

8. Система запуска автоматическая от стартера    СТ-2-48

9. Пусковой насос        типа ПНР-45

10. Расход керосина       0,6-0,8л/сек

11. Катушка зажигания (сдвоенная)     типа КР-1

12. Охлаждение двигателя воздушное

13.Температура охлаждающего  воздуха на выходе

из двигателя не свыше       350°С

14. Размеры двигателя:

а) максимальный диаметр      1273,5 мм

б) полная длина двигателя       2579,0 мм

15. Сухой вес двигателя       880 кг

Схема турбореактивного двигателя и график изменения параметров воздушно-газовой среды в ней приведены на отдельное чертеже № 1.

В качестве поворотной платформы использованы узлы от 3-х тонного подъемного автокрана. Подъемно-опускной механизм состоит из редуктора и штанги с винтовой нарезкой.

Приводами для поворота платформы и подъемно-опускного механизма являются авиационные 24-х вольтовые электромоторы левого и правого вращения. Для безопасности работы – подъем, опускание, левый поворот, правый поворот автоматически отключается концевыми выключателями по достижении определенного угла поворота или подъема.

На шасси автомобиля установлены два бака емкостью по 1,4 м3 каждый. Один ив них предназначен для запаса керосина из расчёта на 1 час работы, другой с водой для подачи ее в струю выхлопных газов в целях снижения их температуры.

Подача воды из бака к реактивной трубе происходит за счёт эжекции у среза конического насадка, а также может быть подана через дополнительный штуцер от пожарного автомобиля по рукаву литер «А».

Электрическая система турбореактивной установки смонтирована по самолетной схеме с незначительными изменениями. Питание всей установки осуществляется от батарей двадцати четырёх вольтовых аккумуляторов, смонтированных на автомобиле. После запуска турбореактивного двигателя питание всех ток потребителей осуществляется от генератора, установленного непосредственно на турбореактивном двигателе. Подзарядка аккумуляторов производится от этого же генератора при его работе, Запуск двигателя автоматический черев пусковую панель, путем нажатия пусковой кнопки. Двигатель выходит на рабочий режим - 5000 - 7000 об/мин через 45 – 60 секунд, принципиальная схема электрооборудования турбореактивной установки приведена на чертеже 2.

Управление всей турбореактивной установкой вынесено в кабину водителя и смонтировано на отдельной панели, на которой находятся: тахометр - 1, термометр для контроля за температурой отработанных газов -2, комбинированный манометр-термометр для контроля за давлением и температурой масла - 3, уровнемер керосина - 4, комбинированный амперметр-вольтметр - 5, кран подачи воды - 6, сектор газа и подача керосина - 7, тумблеры запуска двигателя - 8 ("а"- зажигание, "б"- генератор, "в"- запальные свечи, "г"- керосиновая помпа, "д"- принудительный запал), тумблеры управления установкой - 9 ("а"-стоп, "б"- поворот направо, "в"- поворот налево, "г"-подъем, "д"- спуск).

Как видно ив описания конструкция установки чрезвычайно проста, а управление ее работой сводится к поддержанию заданного режима с помощью сектора газа, количество подаваемой воды регулируется водяным краном.

В ходе испытаний конструкция турбореактивной установки постоянно совершенствовалась и в нее вносились изменения, так, например, длина реактивной трубы удлинена на 2 м., изменена конструкция подводящих водяных труб, В последнем варианте на водяных трубах установлены двух кодовые краны, за которыми водяные трубопроводы разветвляются и введены-два не посредственно в реактивную трубу, а два другие доведены до конического насадка реактивной трубы, установленные краны позволяют получать водяной пар при введении воды в реактивную трубу или распыленную воду (водяной туман) при перекрывании крана и поступлении воды к срезу конического насадка реактив ной трубы.

При испытании выяснилось, что размещение пульта управления в кабине принято неудачно, т.к. при работе из кабины затруднен обзор за работой установки и ходом тушения.

Для лучшей маневренности установки изготовлен выносной пульт управления позволяющие изменять направление струи находясь на расстоянии 3-х метров от установки.

Испытания по тушению "пожаров" в подвальных помещениях показали, что отсутствие подъездов к зданиям ограничивают возможность применения турбореактивной установки для тушения "пожара" в некоторых подвальных помещениях.

В целях устранения этого недостатка изготовлен специальный прицеп для перевозка удлинительных труб. Три трубы по 2 метра каждая закреплены на прицепе. При необходимости они соединяется замками, что позволяет подать струю на значительное расстояние, одна из труб имеет колено, позволяющее изменять направление струи на нужном направлении.

3. ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТАНОВКИ

При работе турбореактивного двигателя топливо (керосин) после сгорания превращается в отработанные газы СО2, СО), которые относятся к инертным газам не поддерживающим горения. Выход инертных газов, при расходе керосина 0,7 л/сек, составляет 77 м3/сек или 4600м3/мин.

Исходя из этих данных предполагалось, что тушение в закрытых объемах будет происходить за счёт снижения процентного содержания кислорода в помещении при введении большого количества инертного газа.

Однако, проведенные опыты показали, что процентное содержание кислорода в помещении снижается незначительно, а горение не прекращается.

При определении процентного содержания кислорода в отработанных газах на газоанализаторе ГХП-Зм установлено, что выхлопные газы турбореактивного двигателя имеют следующий состав:

Кислород    -   17,8%

Углекислый газ   -       3,0%

Окись углерода   -       0,2%

Азот    -    78%

Большое процентное содержание кислорода в отработанных газах двигателя объясняется особенностями его конструкции, где 75% воздуха, поступающего от компрессора в двигатель расходуется на охлаждение девяти камер сгорания и только 25% участвует а горении. При общем расходе воздуха 48 м3/сек на горение идет 12м3/сек и на охлаждение 36 мЗ/сек.

В авиации нашли применение двигатели с камерой дожигания  (фор сажной камерой), у которых в отработанных газах процентное содержание кислорода составляет 4-5%.

Так, например, в Информационном сборнике "Гражданская оборона" №2 - 1961 г. приводятся следующие данные:

«Пожарно-исследовательской станцией в Боргам-вуде (Англия) проведены опыте по подаче большого количества не поддерживающего горения газа для тушения пожаров в помещениях при помощи турбореактивного двигателя фирмы ( ) с дожиганием и введением распыленной воды, превращающейся в пар, и поток выхлопных газов.

Двигатель (генератор инертного газа) установлен в кузове 3-т грузового автомобиля, где находятся запас топлива и система управления.

Основные данные двигателя-генератора инертного газа:

Производительность, м3/мин    1400

Расход жидкого топлива, л/мин   27

Расход вод, л/мин      390

Состав выхлопных газов в смеси с парами

воды,% :

водяные пары     45

азот      45

кислород      6

углекислый газ     4

Температура выхлопных газов в смеси с парами воды,  оС  100

Для получения водяного пара в конструкцию установки были внесены некоторые изменения, в частности для лучшего парообразования и снижения температуры выхлопных газов непосредственно в реактивную трубу введен две трубы £ -50мм с распылителями по которым поступает вода от а/цистерны или от гидранта. На водопроводных трубах установлены краны, позволяющие в широких диапазонах регулировать количество пара. Креме того, количеств пара возможно регулировать за счёт изменения давления на насос автоцистерны. Данные о расходах воды и количестве получаемого пара приведены в таблице №1

Таблица 1

РЕЗУЛЬТАТЫ

Примечание:

1 . Вода к ТРД подавалась  от цистерны ПМЗ-27 по рукаву литер «А».

2. Расстояние от ТРД доПМЗ-27 40 метров «2 рукава».

3. Дальность струи паро-водяного облака 800 -100 метров

На основании проведенных испытаний установлено, что:

1. При увеличении давления на насос расход воды через ТРД увеличивается и может быть достигнут 25 л/сек.

2. При увеличении расходов воды время работы ТРД от цистерны сокращается.

3. Расход воды от количества оборотов ТРД не зависит

4. Количество получаемого  пара от турбо-реактивной установки зависит от количества воды подаваемой к двигателю. Если принять, что в турбо-реактивной установке испаряется 70% подаваемой вода, то при различных расходах воды можно получить соответственно следующее количество пара.

Наряду с испытаниями по тушению паром станция провела опытное тушение с применением бромэтила, однако в заключении кандидата технических наук инженер-подполковник тов. ГОДЖЕЛЛО было указано:

«Применение бромистого этила в качестве добавки в поток неохлажденных продуктов сгорания турбореактивного двигателя для тушения открытых очагов пожара следует признать нецелесообразным».

Попытка получись воздушно-механическую пену от турбореактивного двигателя положительных результатов не дали, т.к. при наличии высоких температур в реактивной трубе происходит разрушение пены, однако эти опыты следует продолжить после конструктивной переделки подающих турбо-проводов, что обеспечит снижение температуры в реактивной трубе. К этому же следует добавить то, что пена, полученная от турбореактивного двигателя (с фор сажной камерой) будет обладать лучшими огнегасительными качествами поскольку наполнение воздушных пузырьков будет происходить не воздухом, а инертными газами содержащими 5-7% кислорода.

О возможности получения пены от турбореактивного двигателя имеется сообщение в зарубежной печати, в частности «Бюллетень иностранной научно-технической информации» № 61 от 30 июля 1962 года сообщает:

«Английский журнал «Нью сайентист» (том 15, №295, 12 июля 1962г. Стр.68) поместил заметку, в которой говорится, что научно-исследовательская станция противопожарной техники в Берегам-вуд изучает проблему использования для тушеная огня инертного газа, получаемого путем впрыска воды в отработанные газы реактивного двигателя. Как показывают эксперименты, такой способ эффективен для подавления очагов огня, возникающих в верхней части зданий, горячий газ поднимается вверх и тушит огонь. При возникновении огня в нижней части зданий белее эффективно использование пены из инертного газа, которой здание заполняется снизу.

Станция противопожарной техники использует в экспериментах турбореактивный двигатель "Вайпер", установленный на грузовике вместе с резервуарами и насосами для подачи топлива и воды, двигатель "Вайпер" в нормальных условиях выбрасывает в секунду 43 фунта отработанных газов с температурой около 600° Цельсия и с содержанием примерно 14 процентов кислорода. Путем сжигания дополнительного количества топлива в вторичного нагрева системы сгорания и последующего вспрыска воды в горячую струю температура отработанных газов понижается, примерно, до 100 Цельсия. Газ становится инертным (в нем содержится около 45 процентов азота, 45 процентов водяного пара, 3 процента двуокиси углерода, 7 процентов кислорода). Перед использованием выхлопных газов два приготовления пены или прямого применения  газов важно обеспечить надлежащий состав газов и соответствующую температуру. Для создания пены выхлопные газы направляются через гибкий трубопровод в камеру, в которой разбрызгивается раствор синтетического моющего средства, являющегося пенообразующим агентом.

Полагают, что половину возникающих ежегодно пожаров можно тушить с помощью таких методов более эффективно, чем стандартными средствами.

Одна промышленная фирма готова наладить выпуск пожарного оборудования, которое обеспечит автоматический контроль качества инертного газа или процесса образования пены.

Такое оборудование на основе более совершенного двигателя класса "Вайпер" будет стоить 25000 фунтов стерлингов и обеспечит тушение крупных пожаров в зданиях объемом около 250000 кубических футов. Более простое оборудование можно изготавливать на основе пожарных насосов действующих, например от газотурбинного двигателя "Ровер 35/60". Меньшая мощность такого оборудования будет компенсироваться значительным снижением его стоимости".

Затраты средств на монтаж и испытания турбо-реактивной установки составляют 8055 рублей и распределяются следующим образом:

1. Приобретение шасси ЗИЛ-157....................................2731р.

2. Приобретение двигателя ВК-1 а.................................1219р.

3.  Приобретение системы управления.......................1100р.

4. Монтажные работы и  ремонт двигателя BК-1а.........665р.

5. Приобретение аккумуляторов и их формовка........... 540р.

6. Расходы на испытания..................................................1800р.

                                               ИТОГО:  8055р.

Расходы на конструирование, монтаж экспериментальной турбореактивной установки и ее испытания производились за счет средств Госстраха по решению Новосибирского облисполкома.

4.ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

При составлении рабочей программы по испытанию турбо-реактивной установки конечной целью ставилось: - определить возможность тушения пожаров в помещениях закрытого типа (объемное тушение). ЦНИИПО МООП РСФСР в своем заключении по рабочей программе (№ 10/8/2/3051 от 4/07- 62г.) рекомендовало дополнительно провести испытания по тушению открытых развившихся пожаров.

В виду отсутствия собственной базы для проведения огневых испытаний последние проводились на объектах незаконченных строительством, что создавало определенные затруднения в работе по испытаниям турбореактивной установки.

Для испытаний пожаров применялись металлические банки с керосином, емкостью 1л. (диаметр 90мм), которые устанавливались в различных точках помещения и на различных уровнях. Кроме того, на полу раскладывались костры, площадью 1 м2, в которых использовались сухая древесина из расчета 40 кг/м2.

Количество банок с керосином, костров и место их установки в каждом случае определялось в зависимости от размеров и конфигурации здания. Тушение производилось через 3 минуты после поджигания костров и банок с керосином.

Для контроля за ходом тушения очагов горения устанавливались термопары, последние через 10-ти точечный переключатель подключались к милливольтметру, что обеспечивало постоянный контроль за временем и ходом тушения.

Количество израсходованной воды и расход горючего определялся по времени работы двигателя.

Рабочей программой предусматривалось каждое испытание на объекте проводить дважды:

1. - без камеры дожигания на двигателе ВК-1а
2. - с камерой дожигания на двигателе ВК-1ф

Отсутствие двигателя с форсажной камерой, о чем отмечено выше, не дали возможности провести сравнительных испытаний.

В заключении, по рабочей программе ЦНИИПО МООП РСФСР рекомендовало для достижения лучшего эффекта преобразования в воду добавлять смачиватель, данное предложение в ходе испытаний не проверялось, поскольку подача воды производилась через насос от гидранта.

5. ИСПЫТАНИЯ

В 1961-62 г.г. Новосибирской пожарно-испытательной станцией проведено 39 различных испытаний турбореактивной установки, из которых 18 - по тушению пожаров.

В основном испытания проводились в помещениях закрытого типа (объемное тушение), различной конфигурации, этажности, объемом от  350мЗ до 72000мЗ. Наряду с этим проведенно ряд испытаний по тушению открытых пожаров.

Переходя к более подробному описанию каждого испытания необходимо отметить, что тушение в большинстве опытов проходило успешно, однако имели место и такие случаи, когда горение ликвидировать не удалось. Так, из 18 проведенных испытаний по тушению в 14 случаях горение было ликвидировано успешно и только в четырех случаях частично или полностью очаги горения потушить не удалось. Причины  этому будут освещены ниже.

ОПЫТ 1.   Испытания проводились на строительстве базы энергопоездов. Здание в плане представляет прямоугольник со сторонами 50 х 20 метров, высота 9 и 11м. Стены здания кирпичные, покрытие несгораемое. Для имитации пожара в помещении установлено 4 емкости с керосином по 1,0 л на высоте 1м, 4м, 6м и 9м и один костер на полу.

Схема размещения очагов горения в здании базы энергопоездов.

Турбореактивный двигатель устанавливался в одном метре от здания, реактивная труба установлена в оконный проем. Запуск двигателя производился через 3 минуты после поджигания всех очагов. Вода подавалась от автоцистерны ПМЗ-27 по одному рукаву литер "А". Давление на насосе 7 атм.

При достижении 9000 об/мин паро-водное облако от турбореактивного двигателя подано внутрь помещения.

Контроль за ходом тушения производился по показаниям милливольтметра, подключенного через 10-ти точечный переключатель к термопарам. Первый очаг потушен через 3 минуты после подачи парового облака, последний очаг (костер) потушен через 5 минут с начала опыта. Последовательность тушения очагов на схеме обозначена цифрами.

ВЫВОД: Очаги горения в здании объемом 11000 м3 ликвидированы через 5 минут с начала тушения.

ОПЫТ 2:   Испытания проводились на строительстве жилого дома № 26 в микрорайоне "Б". Целью испытаний ставилось - провести тушение "пожара" в подвальном помещении со сложной планировкой и проверить надежность конструкции удлинительных труб к реактивному насадку.

Подвальное помещение в плане представляет прямоугольник со сторонами 15 х 11,5м, перекрытие над подвалом - сборный железобетон. Высота 2,6 метра в подвал имеется один вход. Оконные проемы отсутствуют. Подвальное помещение несгораемыми перегородками разделено на боксы. Планировка подвала и схема расстановки очагов пожара дана на чертеже.

Для имитации пожара в подвальном помещении установлено 3 емкости с керосином по 1,0 л. на высоте 1,5 метра от пола и 4костра.

Турбореактивный двигатель установлен в 6-ти метрах от здания. Вода к двигателю подавалась по одной рукавной линии от ПМЗ-27 с давлением на насосе 7,5 атм. Расстояние 80 метров.

Запуск двигателя производился через 5 минут после поджигания. По достижении 7500 об/мин открыт водяной вентиль и струя пара от реактивного насадка по удлинительный трубам направлена в подвальное помещение. Очаги горения потушены через 4 минуты с начала тушения. При входе в подвал после испытания в последнем наблюдалось большое скопление пара - видимость менее 1-го метра. Температура в подвале поднялась до 30-35о при температуре наружного воздуха – 13о. Последовательность тушения очагов на схеме обозначена цифрами.

ВЫВОД:    Семь очагов горения в подвальном помещении объемом 450 м3 со сложной планировкой ликвидированы через 4 минуты с начала тушения. Конструкция удлинителя реактивной трубы требует изменения замков крепления.

OПЫТ 3-5. Испытания проводились на строительстве базы Облпотребсоюза. Целью испытаний ставилось - провести тушение "пожара" в помещений складского типа. Здание базы облпотребсоюза одноэтажное, кирпичное, с оконными проемами длиной 80 метров, разделенное тремя брандмауерными стенами на 4 секции. Покрытие бесчердачное - сборный железобетон по металлическим балкам. Испытания по тушению пожара проводились в одной из секций  размером   20х15 метров, высота 3,5 метра. Объем складского помещения 1000 м. Планировка складского помещения, расстановки очагов горения дана на чертеже, общий вид здания на фотографии.

Для имитации пожара в складе на 8 кирпичных опорах на высоте 1,5 и 2,5 метра установлено 8 банок с керосином.  Для контроля за ходом тушения к банкам закреплены  и выведены наружу. Опыты по тушению на данном объекте проводились три раза, с тем, чтобы выяснить, как влияет количество оборотов двигателя на ход тушения.

Турбореактивная установка при всех трех опытах устанавливалась в пяти метрах от дверного проема. Тушение во всех случаях производилось через пять минут после поджигания.

Схема расстановки очагов горения

При первом испытании работа турбореактивной установки поддерживалась в режиме 5000 об/мни в течении 3-х минут. Тушение происходило в следующей последовательности:

Очаг № 1 и № 2 потушен через..............................1,5 мин.

Очаг№ 5 потушен через..........................................2,0 мин.

Очаг №6 потушен через..........................................2,5 мин.