УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОСТАВКИ ПОЖАРНОГО НА ВЕРХНИЕ ЭТАЖИ ЗДАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК A62B5/00 A62B37/00 A62C39/00 B66F11/00 

Изобретение относится к устройствам, используемым для доставки пожарного и средств тушения пожара на верхние этажи здания. Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано в различных других областях, где требуется оперативно и быстро доставить человека на сравнительно большую высоту для проведения каких-либо действий, например оказания медицинской помощи, спасения, оперативной доставки груза, осмотра здания, местности с целью контроля, и т.д.

Известна пожарная лестница, включающая телескопически соединенные неподвижные и подвижные звенья, привод выдвижения звеньев, состоящий из гидроцилиндров и полиспастов, закрепленных на обеих сторонах неподвижного звена, причем каждый полиспаст выполнен в виде неподвижной двухблочной обоймы, установленной на неподвижном звене, и подвижной одноблочной обоймы, установленной на штоке гидроцилиндра с возможностью перемещения вдоль продольной оси, при этом свободные концы каната полиспаста закреплены на неподвижном звене, а канат полиспаста средней частью закреплен на подвижном звене (авт. св. СССР 1281661, МПК Е 06 С 5/00 - аналог).

Недостатками пожарной лестницы являются ограниченные возможности - лестницы достают, как правило, до 10 этажа и выдвигаются на высоту порядка 30 метров, кроме того, не совсем удобно, взбираясь по лестнице на большую высоту, дополнительно нести с собой и средства тушения пожара.

Известно устройство для обслуживания здания при пожаре, содержащее телескопическую опору с приводным органом для вертикального перемещения кабины, причем телескопическая опора имеет две пространственные рамы с зубчатыми рейками и захватами для фиксации ее в проемах стены здания, а приводной орган состоит из установленной на внешней раме тележки с электродвигателем и связанными с ним зубчатыми колесами для зацепления с зубчатыми рейками, при этом кабина снабжена стыковочным узлом для поочередной фиксации ее с торцом рам ( авт. св. СССР 1036330, МПК А 62 В 5/00 - аналог).

Недостатками этого устройства являются необходимость иметь специализированный автотранспорт для доставки устройства к месту пожара, сложность механической конструкции, возможность повисания устройства в оконном проеме не каждого этажа, а через этаж, ограниченная маневренность устройства в горизонтальном и вертикальном направлении, ограниченная высота подъема, связанная с конструкцией устройства. Известно также индивидуальное средство для свободного полета в воздушном пространстве, представляющее собой реактивный ранцевый аппарат, содержащий два прозрачных бака для бензина, реактивный двигатель, расположенный вертикально ( воздух засасывается снизу вверх), две трубки, выбрасывающие сжатый газ наружу, приборы ручного управления, причем правой рукояткой регулируют подачу топлива в камеру сгорания, а левой - маневренность двигателем (ж. "Техника-молодежи", 3, 1971 г., с. 15,16).

Недостатком устройства является высокая пожароопасность, связанная с использованием в качестве топлива бензина - горючего вещества.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для доставки пожарного на верхние этажи здания, содержащее двигатель, систему электропитания и систему подачи и распределения воды (патент РФ 2130893, кл. В 66 F 11/04, 27.05.1999).

Недостатком известного устройства является недостаточная оперативность и пожаробезопасность.

Задача изобретения - обеспечение оперативной доставки пожарного на верхние этажи здания и пожаробезопасности устройства, расширение области его применения.

Технический результат изобретения при ликвидации пожара достигается за счет подъемной реактивной силы предлагаемого устройства непрерывного действия, использующего сверхзвуковую ударную волну, замены горючего топлива на воду и использования ресурсов традиционной пожарной техники.

Это обеспечивается тем, что в устройстве для доставки пожарного на верхние этажи здания, содержащем двигатель и систему электропитания и систему подачи и распределения воды, согласно изобретению двигатель выполнен реактивным и содержит подсоединенные к основному источнику питания два коаксиальных электрода, одним из которых является кромка трубы, расположенная внутри корпуса, а другой электрод выполнен в виде бортика по внутреннему периметру корпуса двигателя, и магнитную систему, коаксиально расположенную относительно электродов с внешней стороны корпуса и подключенную к источнику питания магнитной системы, а корпус реактивного двигателя выполнен в виде сопла, открытый конец которого направлен вниз, а его верхняя часть соединена со шлангом для подвода воды внутрь корпуса через металлическую трубу, электрически изолированную от корпуса, внутренняя поверхность которого, расположенная между электродами, является отражателем, при этом устройство снабжено приборами управления, один из которых управляет маневренностью двигателя, а другой регулирует величину реактивной тяги.

Помимо этого, устройство содержит три и более двигателей, система подачи и распределения воды содержит шланг, насос, емкость с водой, распределительный коллектор, а система электропитания содержит генератор пожарной машины, электрические кабели, коммутационное распределительное оборудование.

На фиг.1 представлено устройство для доставки пожарного на верхние этажи здания, рабочий момент; на фиг.2 - пожарник с устройством для доставки на верхние этажи здания, вид спереди; на фиг.3 - то же, вид сверху; на фиг.4 - схема устройства.

Устройство содержит корпус 1 с выходным отверстием 2. К корпусу 1 подведена металлическая проводящая труба 3 для подвода воды, изолированная от него изолятором 4. Кромка трубы 3, расположенная внутри корпуса, одновременно является анодом 5. Внутри корпуса имеется бортик, он же катод 6, расположенный коаксиально аноду 5. Коаксиально электродной системе снаружи корпуса установлена магнитная система 7. Основной источник питания 8 обеспечивает напряжение на электродах 5 и 6. Источник питания 9 магнитной системы обеспечивает напряжение магнитной системы 7. Во внутреннем пространстве 10 корпуса 1 в верхней части коаксиально расположен собирающий отражатель 11. К металлической трубе 3 подсоединен пожарный шланг 12. Приборы управления и распределительный коллектор на чертежах не показаны.

Устройство работает следующим образом.

Во внутреннее пространство 10 корпуса 1 двигателя по трубе 3 от шланга 12, соединенного с бочкой с водой, насосом, установленным в пожарной машине, под напором подается вода. Одновременно от источника питания 8 на электроды 5 и 6 подается напряжение, достаточное для создания электрической дуги между электродами и инициирования электрогидравлического разряда. При разряде в воде появляется ударная волна, которая фокусируется отражателем 11 в выходное отверстие 2 и выталкивает воду из двигателя. Для создания непрерывной струи воды необходимо обеспечить плотный и непрерывный контакт электрической дуги (области разряда) с водой. Если заставить дугу вращаться с линейной скоростью, большей скорости звука в воде, то получим непрерывную ударную волну. Электрическая дуга обладает мощным магнитным полем. Если с помощью магнитных катушек 7 наложить на дугу достаточной величины внешнее постоянное магнитное поле, то дуга будет вращаться в межэлектродном пространстве. При скорости вращения дуги большей, чем скорость звука в воде, будет обеспечен епосредственный контакт дуги с водой. В результате получим непрерывную ударную волну как от сверхзвукового самолета. Электродная система находится в фокусной области собирающего отражателя 11. Распространяющаяся от электродной системы ударная волна собирается в выходном отверстии 2. Вода выталкивается из выходного отверстия 2, создавая реактивную силу.

Расчеты грузоподъемности одного двигателя.

1. Данные: масса воды в цистерне пожарной машины - 5000 кг, масса пожарного m_n=150 кг, заданное время полета t≥40 минут (2400 с).

2. Планируемый расход воды не более:

где: q - расход, m - запас воды, t - время полета.

3. Сила тяжести:
P = gm_n≈9.81м/c²•150кг≈1500H,
где: Р-сила тяжести, g≈9.81 м/с²- ускорение свободного падения.

4. Реактивная сила: F=qv,
где: F-реактивная сила, q-расход, v-скорость струи.

5. Необходимая реактивная сила равна весу пожарного: F=P.

6. Скорость струи:

7. Площадь выходного отверстия:

где: S - площадь, q_{объемный} - объемный расход воды, p=1000 кг/м³- плотность воды.

Диаметр отверстия: где d - диаметр, S - площадь отверстия, π≈3,1415926.
8. Необходимое давление перед отверстием: p=F/S≈500 МПа≈5000 атм, где: р - давление, F - реактивная сила.

Вывод из расчетов: ресурса системы достаточно для создания реактивной струи воды и поднятия массы пожарного с грузом на планируемую высоту.

Устройство для доставки пожарного на верхние этажи здания может содержать три и более двигателей описанного принципа действия. В этом случае вода из шланга подается в двигатели через распределительный коллектор (не показан). В предлагаемом устройстве двигатели располагаются под углом 120 градусов в горизонтальной плоскости (см. фиг.2, 3) и имеют переменный угол в вертикальной плоскости для обеспечения устойчивости и управляемости полета. Ручное управление полетом осуществляется приборами управления (не показаны) путем управления маневренностью двигателей и реактивной тягой. Маневренность двигателя осуществляется за счет отклонения вытекающих струй воды из выходного отверстия в вертикальном и горизонтальном направлениях. Управление тягой двигателя осуществляется за счет изменения, регулирования силы тока основного источника питания 8 и источника питания 9 магнитной системы. Работа всех двигателей синхронизирована.

Система подачи и распределения воды для работы устройства включает шланг, насос, емкость с водой, распределительный коллектор, обеспечивающий подачу воды от шланга к трем двигателям (не показан). Система электропитания устройства включает генератор пожарной машины, электрические кабели, коммутационное распределительное оборудование.

Таким образом, предлагаемое устройство компактно, создает высокие давления, не содержит движущихся механических деталей, устройство обеспечит оперативную доставку пожарного на верхние этажи здания и пожаробезопасность, расширит область его применения за счет использования ресурсов пожарной техники и подъемной реактивной силы.

По сравнению с прототипом КПД предлагаемого устройства будет выше за счет того, что реактивную струю создают не высокотемпературные продукты горения топлива в двигателе, а мало сжимаемая и холодная масса воды (это следует из законов термодинамики).

Изобретение относится к устройствам, используемым для доставки пожарного и средств тушения пожара на верхние этажи здания и может быть использовано в различных других областях, где требуется оперативно и быстро доставить человека на сравнительно большую высоту. Технический результат изобретения при ликвидации пожара достигается за счет подъемной реактивной силы предлагаемого устройства непрерывного действия, использующего сверхзвуковую ударную волну, замены горючего топлива на воду и использования ресурсов традиционной пожарной техники. Устройство содержит реактивный двигатель и приборы управления маневренностью и реактивной тягой двигателя. Корпус реактивного двигателя выполнен в виде сопла, открытый конец которого направлен вниз, верхняя часть соединена со шлангом для подвода воды внутрь корпуса через металлическую трубу, электрически изолированную от корпуса. Двигатель содержит два коаксиальных электрода, одним из которых является кромка трубы, расположенная внутри корпуса, другой электрод выполнен в виде бортика по внутреннему периметру корпуса двигателя, причем электроды подсоединены к основному источнику питания. Магнитная система коаксиальна расположена относительно электродов с внешней стороны корпуса и подключена к источнику питания магнитной системы, рабочим телом является вода. На электроды подается напряжение, достаточное для создания электрической дуги между электродами и инициирования электрогидравлического разряда, создающего ударную волну, которая фокусируется отражателем в выходное отверстие и выталкивает воду из двигателя, создавая реактивную силу. Взаимодействие магнитного поля дуги с внешним магнитным полем магнитных катушек приведет к вращению дуги в межэлектродном пространстве. При скорости вращения дуги, большей, чем скорость звука в воде, будет обеспечен непосредственный контакт дуги с водой. В результате получим непрерывную ударную волну. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для доставки пожарного на верхние этажи здания, содержащее двигатель, систему электропитания и систему подачи и распределения воды, отличающееся тем, что двигатель выполнен реактивным и содержит подсоединенные к основному источнику питания два коаксиальных электрода, одним из которых является кромка трубы, расположенная внутри корпуса, а другой электрод выполнен в виде бортика по внутреннему периметру корпуса двигателя, и магнитную систему, коаксиально расположенную относительно электродов с внешней стороны корпуса и подключенную к источнику питания магнитной системы, а корпус реактивного двигателя выполнен в виде сопла, открытый конец которого направлен вниз, а его верхняя часть соединена со шлангом для подвода воды внутрь корпуса через металлическую трубу, электрически изолированную от корпуса, внутренняя поверхность которого, расположенная между электродами, является отражателем, при этом устройство снабжено приборами управления, один их которых управляет маневренностью двигателя, а другой регулирует величину реактивной тяги. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит три и более двигателей. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что система подачи и распределения воды содержит шланг, насос, емкость с водой, распределительный коллектор. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что система электропитания содержит генератор пожарной машины, электрические кабели, коммутационное распределительное оборудование.