АВТОНОМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ ОГНЕТУШАЩИХ СОСТАВОВ Российский патент 1995 года по МПК A62C5/00 

Изобретение относится к пожарной технике и может быть использовано для приготовления вязких водных растворов многокомпонентных труднорастворимых огнетушащих составов типа ОС-А1 непосредственно у лесных водоемов для тушения или локализации лесного пожара с воздуха. Кроме того, оно может быть использовано для приготовления аналогичных по свойствам растворов других веществ, например, красителей, молотой глины.

Основными требованиями к оборудованию такого назначения являются: автономность работать в полевых (таежных) условиях, небольшая масса и габариты, обеспечивающие погрузку в легкие самолеты и вертолеты без использования погрузочной техники небольшое время развертывания и подготовки к работе (8-15 мин), невысокое удельное энергопотребление (0,14-0,20 кВт-ч/м³), производительность не менее 6,7 л/с, вязкость получаемого раствора не менее 0,2 Па˙с.

Обычно для приготовления вязких огнетушащих растворов используют установки с механическими мешалками.

Известны стационарные и передвижные установки, включающие загрузочное устройство, резервуар с мешалкой и ее электроприводом, а также электронасос для перекачивания огнетушащих растворов в емкости летательных аппаратов, например, оборудование с механическими перемещающими устройствами, разработанное и испытанное Центром разработки оборудования лесной службы США в Сан Димас, Калифорния (A report of the NEPA Committee, 1967. "Chemicals for forest fire fighting", Chapter VI. Equipment of mixing chemicals, p. 41-53). Это оборудование имеет электропривод и циклический режим работы с продолжительностью цикла около 20 мин. Производительность используемых модификаций оборудования - от 1,13 до 3,0 л/с, масса от 453 до 1232 кг, удельная масса - от 112 до 115 кг˙м^-3 ˙ч, удельное энергопотребление - от 1,79 до 2,16 кВт˙ч/м³.

Из приведенных данных видно, что эти аппараты характеризуются высокими энерго- и материалоемкостью, и, кроме того, они периодического действия, вследствие чего имеют при больших габаритах невысокую производительность - 1,13-3,0 л/с. Они стационарны и не могут использоваться в полевых (таежных) условиях. Известны также аппараты, использующие для перемешивания раствора энергию гидравлического потока. Такими являются так называемые статические смесители с различного вида турбулизаторами, например, устройство для получения эпоксидных компаундов с 15 винтообразными элементами левого и правого закручивания (Богданов В. В. , Христофоров Е. И. Приготовление эпоксидных компаундов в статических смесителях. - Л.: ЛДНТП. - 20 с.) и статические смесители (миксеры) фирмы "Keniqs" (Keniqs statik mixer for pulpand paper processes) Бюллетень конструкций: Общие конструкции по классам применения. - Л., ЛДНТП, 1979). Подлежащие смешиванию компоненты подаются в эти смесители насосами-дозаторами. Кроме больших габаритов (общая длина самих 15 элементов в первом устройстве составляет 1800 мм) и необходимости иметь несколько насосов со своими двигателями, основным недостатком этих смесителей (выявленным при экспериментах) является то, что введенный в них огнетушащий состав ОС-А1, основными компонентами которого являются диаммонийфосфат, мочевина и натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, растворялся лишь частично, а значительная часть его оседала на стенках смесителя или выпадала в виде комков на дно резервуара, в который сливался раствор.

Другим типом аппаратов, использующих для перемешивания компонентов энергию гидравлического потока, являются аппараты эжекторного типа. Так, для приготовления огнетушащих растворов на основе быстрорастворимого химического состава Fhos-Chek, включающего диаммонийфосфат (основа), синергетические добавки и загустители (глина, высокомолекулярные соединения) в США применяют легкие смесители фирмы "Monsanto" (Technical Bulleein JC/SCS-311 "Phos-Chek hamp mixerby Monsanto", - p. 3, 8, - Fugurel; 7-А) Бюллетень конструкций: Общие конструкции по кассам применения. - Л.: ЛДНТП, 1983), работающие по принципу эжектора. В этих аппаратах удается избежать налипания порошка на стенки аппарата. Однако смесители этого типа тоже не обеспечивают растворение отечественных дешевых огнетушащих составов, куда входят труднорастворимые загустители (эфиры целлюлозы, сополимеры акриловой кислоты и др.), которые нашли применение в отечественной практике тушения лесных пожаров. Часть состава выпадает в осадок на дне резервуара для раствора. По этим причинам все растворенные аппараты и мешалки, и статические смесители, и эжекторы в отдельности не могут использоваться для наших целей в качестве передвижного оборудования, перевозимого легкими самолетами и вертолетами и способного работать в полевых (таежных) условиях.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является оборудование передвижного заправочного пункта Гурылев С. М., Журавлев Н. И. Разработка оборудования для приготовления огнетушащих растворов (сб. научных трудов ЛенНИИЛХ Лесные пожары и борьба с ними, Л.: ЛенНИИЛХ, 1989, с. 75-83). Оно включает в себя автономный насос для подачи воды, эжектор для загрузки порошкообразных химических составов и первичного смешивания его с водой, и перемешивающее в виде статического смесителя с чередующимися винтообразными элементами левого и правого закручивания аналогичного статическим смесителям фирмы "Kenigs". При подаче воды через кольцевое сопло и порошка - через соосное с ним центральное сопло это оборудование обеспечивает по сравнению с описанными выше аппаратами более равномерное распределение порошкообразного химсостава в воде и более полное растворение его компонентов. Однако при его испытаниях не удавалось получить вязкость раствора, соответствующую полному растворению всех компонентов химсостава ОС-А1. Увеличение количества винтообразных элементов и введение турбулизирующих элементов других видов повышало гидравлическое сопротивление смесителя и приводило к срыву работы эжектора. Таким образом, применение этого оборудования для непрерывного процесса приготовления вязкого (загущенного) рабочего раствора химсостава типа ОС-А1 не обеспечивает достаточной степени перемешивания и растворения компонентов. Предпринимались попытки одновременно с увеличением числа винтообразных элементов увеличить для снижения гидравлического сопротивления площадь сечения канала смесителя, а также подключать параллельно два одинаковых смесителя через разделитель и соединитель потока, однако при этом оборудование в обоих случаях становилось громоздким и очень неудобным в работе, а вязкость раствора повышалась незначительно.

Целью изобретения является улучшение качества работы оборудования и уменьшение его габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в статическом смесителе передвижного автономного оборудования, установленном на выходе эжектора, винтообразные турбулизирующие элементы имеют на концах плоские, расположенные по оси элемента участки с пазами, а длина паза равна половине длины прямого участка. Каждые два винтообразных элемента разного направления закручивания расположены вместе. Для фиксации взаимного положения они входят концами в пазы друг друга, причем прямые участки первого и второго элемента совмещаются по длине. Два разнозакрученных элемента образуют пару или секцию, отделенную от другой пары по длине смесителя дистанционным кольцом, отношение длины которого к диаметру элемента находятся в пределах 0,6-2,0, а число пар элементов или секций по длине смесителя - в пределах 3-5.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое оборудование, отличающееся вышеперечисленными техническими решениями, соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 изображено оборудование, общий вид; на фиг. 2 - эжектор; на фиг. 3, 4 - статический смеситель.

Предлагаемое передвижное оборудование для приготовления вязких водных растворов порошкообразных огнетушащих составов непосредственно у лесных водоемов содержит мотопомпу 1 с всасывающим 2 и напорным 3 руками, смесительный блок 4 и подающий рукав 5. Смесительный блок представляет собой стол-контейнер 6, в котором размещены загрузочный бункер для порошка 7 и соединенные с ним последовательно эжекторное смесительное устройство 8 для подсасывания порошкового химического состава и приготовления суспензии, колено 9 и перемещающее устройство 10, выполненное в виде статического смесителя.

Загрузочный бункер в верхней части имеет фланец (отбортовку), за который крепится к верхней крышке стола-контейнера, имеющей проем (для бункера). В нижней части бункер имеет горловину с наружной резьбой.

Эжекторное смесительное устройство вертикального типа выполнено с двумя соплами. Центральное сопло для порошка 11 установлено в головке 12, которая ввернута в верхнее резьбовое гнездо корпуса (камеры) 13. Кольцевое сопло для воды образовано наружной поверхностью сопла 11 и входной горловиной диффузорной трубы (конфузор-диффузора) 14. Для подвода воды на окне боковой стенки корпуса установлен патрубок 15 с соединительной головкой 16. Эжектор соединен с горловиной бункера с помощью накидной гайки 17. К нижнему резьбовому концу диффузорной трубы с помощью накидной гайки присоединено колено 9. Вторая накидная гайка колена служит для соединения его со статическим смесителем 10.

В поперечном сечении корпуса смесителя 19 размещены несколько трубчатых каналов 20, в которых попарно своими прямыми концами с пазами сочленены винтообразные турбулизирующие элементы правого и левого направления закручивания 21 и 22. Следующие вдоль оси смесителя пары винтообразных элементов отделены от предыдущих дистанционным кольцом 23. Для удобства осмотра, очистки и ремонта смесителя каналы могут быть разрезаны на короткие трубки, длина которых соответствует длине пары сочлененных элементов. Расположенные параллельно три - семь таких трубок заключены в обечайку 24 и образуют секцию. К торцам корпуса смесителя присоединены входная и выходная горловины 25 и 26 с прокладками 27. К выходной горловине 26 присоединен подающий рукав 5.

В столе-контейнере над смесителем установлена полка для размещения отсоединенных мотопомпы и рукавов при транспортировании.

Габариты и масса оборудования обеспечивают его транспортирование самолетом АН-2 и вертолетами, а также погрузку и выгрузку без применения механизмов.

Работает оборудование следующим образом.

Мотопомпа 1 подает из водоема воду по напорному рукаву 3 на вход эжекторного смесительного устройства. Вода под давлением проходит с большой скоростью через кольцевое сопло, создавая за обрезом сопла разрежение (вакуум). В загрузочный бункер засыпают порошковый химический состав, который под воздействием совпадающих по направлению и действующих вдоль оси центрального сопла 11 силы тяжести и силы, возникающей под действием разрежения, поступает в диффузорную трубу 14, где подхватывается охватывающей струей воды, препятствующей прилипанию его к стенкам, и образует суспензию. При движении полученной суспензии по расширяющейся части диффузорной трубы происходит уменьшение скорости движения и частичное восстановление статического гидравлического напора в трубе. При дальнейшем движении поток суспензии поступает через колено 9 в горловину 25 статического смесителя 10 и разделяется на более мелкие потоки по числу каналов. Каждый из этих потоков при прохождении вдоль первого винтообразного элемента делится пополам и закручивается, например, по часовой стрелке, а при встрече со вторым винтообразным элементом каждая часть потока вновь делится пополам и закручивается в противоположном направлении. Прямой участок на стыке элементов снижает гидравлическое сопротивление. После прохождения пары винтообразных элементов отдельные части потока сливаются в один в пространстве, ограниченном кольцом 23, и перемешиваются между собой, а затем при входе в следующую секцию (группу из 3-7 каналов) общий поток вновь разделяется на мелкие потоки, и так до конца смесителя, где потоки в горловине 26 вновь сливаются в резервуар вертолета, например в вертолетное сливное устройство ВСУ. По мере расходования порошкового химсостава производится добавление его в бункер. Благодаря наличию разрывов между группами винтообразных элементов по длине смесителя происходит многократное слияние и разделение потоков, более интенсивное перемешивание суспензии и растворение компонентов химсостава. Этот эффект заметно проявляется, начиная с определенного расстояния между торцами элементов соседних секций (пар). Для элементов диаметром 35-68 мм это расстояние находится в пределах 0,6-2,0 диаметров элемента (диаметров канала). Оптимальное (для лучших показателей вязкости раствора) число секций для этих же диаметров элементов оказалось в пределах 3-5 пар. При большем и меньшем, чем оптимальное, число секций вязкость раствора понижается.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключается в следующем. Благодаря тому, что части потока, получившие после прохождения вдоль винтообразных элементов сложное закручивание, перемешиваются в пространстве между парами элементов, и этот процесс повторяется несколько раз, обеспечивается интенсивное перемешивание суспензии и растворение при меньшем числе секций и небольшом (до 0,08 МПа) гидравлическом сопротивлении смесителя, являющемся необходимым условием надежной (без срывов) работы эжектора. За счет сокращения размеров винтообразных элементов и числа их пар уменьшены габариты оборудования и его масса. Это позволяет выполнить основную часть оборудования в виде единого блока и исключить ряд операций при подготовке оборудования к работе.

Таким образом, повышается качество работы оборудования и приготавливаемого раствора при уменьшении габаритов и массы оборудования и при повышении удобства работы.

Использование: в борьбе с лесными пожарами. Сущность изобретения: автономное оборудование для приготовления вязких водных растворов огнетушащих составов содержит мотопомпу, загрузочный бункер, эжектор и статический смеситель. В статическом смесителе, установленном на выходе эжектора, винтообразные турбулизирующие элементы имеют на концах плоские, расположенные по оси элемента участки с пазами, длина которых равна половине длины прямого участка; каждые два винтообразных элемента разного направления закручивания расположены вместе, входят в пазы друг друга прямыми участками, перекрывая по длине прямые участки друг друга и образуя пару (секцию), отделенную от соседней по длине смесителя пары (секции) дистанционным кольцом, отношение длины которого к диаметру элемента находится в пределах 0,6 - 2,0, а число пар элементов или секций по длине смесителя находится в пределах 3 - 5. 4 ил.

АВТОНОМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ ОГНЕТУШАЩИХ СОСТАВОВ, включающее водяную мотопомпу, загрузочный бункер, эжектор для приготовления суспензий и статический смеситель с винтообразными турбулизирующими элементами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности оборудования, установленные в смесителе винтообразные турбулизирующие элементы снабжены на концах уплощенными участками, расположенными на оси элементов и имеющими пазы, длина каждого из которых равна половине длины плоского участка, причем винтообразные турбулизирующие элементы с разными направлениями закручивании установлены попарно и закреплены один в другом пазами и уплощенными участками так, что перекрывают уплощенные участки друг друга по длине и образуют секцию, отделенную от соседней по длине дистанционным кольцом, отношение длины образующей которого к диаметру элемента находится в пределах 0,6 - 2,0, а число пар элементов или секций по длине смесителя находятся в пределах 3 - 5.