Способ отогрева напорных рукавов больших диаметров при отрицательных температурах с одновременным удалением из них остаточной воды Российский патент 2022 года по МПК A62C33/00 

Изобретение относится к области эксплуатации рукавов напорных (далее - рукава), предназначенных для транспортирования огнетушащих веществ (воды и водных растворов) к месту пожара, а также для отвода воды при ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с опасными природными или техногенными гидрологическими явлениями.

В пожарно-спасательных подразделениях используются высокопроизводительные насосно-рукавные комплексы (далее - НРК), комплектуемые рукавами больших диаметров - до 300 мм и длиной до 100 и более метров. Например, НРК с условными названиями «Шквал» «Поток», «Магистраль», «Водолей» (Логинов В.И., Навценя Н.В., Яковенко К.Ю. и др. «Разработка насосно-рукавных комплексов нового поколения» // ISSN2411-3778 «Пожарная безопасность» 2019 №2 с. 24-28; Сацук И.В. «Анализ применения насосно-рукавных систем при тушении крупных пожаров и ликвидации ЧС в России и за рубежом» Сборник материалов X Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг, моделирование и прогнозирование опасных природных явлений и чрезвычайных ситуаций». Железногорск 2020, с. 226-232, http://peleng.info/product/nrk170). Эти пожарно-спасательные автомобили предназначены для подачи больших масс воды или водоотведения на значительные расстояния. Использование рукавов для указанных целей происходит в три этапа:

1) разворачивание рукавной линии длиной до километра и более;

2) транспортирование по рукавной линии воды и водных растворов;

3) по окончании работы сворачивание рукавной линии в рукавный отсек НРК с помощью механизированных устройств. (Доротюк А.А., Мартинович Н.В., Малютин О.С. «Проектный офис. Итоги проектного соревнования» // «Пожарное дело», октябрь 2020, №10 с. 36-41).

Сложности возникают при использовании рукавов в зимний период, особенно на третьем этапе.

После использования и прекращения подачи воды рукава принимают плоскую форму, но в них остается некоторое количество воды, относительно равномерно распределяемой во внутреннем пространстве рукава. Например, для рукавов диаметром 300 мм и длиной 100 м - 50-70 л. Если воду своевременно не удалить, то она, замерзая, делает невозможным сворачивание рукавов, затрудняет или делает невозможным их транспортирование к месту дислокации пожарно-спасательной части.

Существует много способов и технических решений, препятствующих замерзанию воды. Например [Лит. источники. Дисс. Алешкова и др., RU патент на изобретение №2030194 «Устройство для тушения пожара перегретой водой» МПК А62С 33/00, опубл. 10.03.1995]. Кроме того, само движение воды в рукаве препятствует ее замерзанию.

Использование выше указанных технических устройств и способов, применяемых для обогрева рукавных линий при транспортировании воды, в этом случае является трудоемким и в большинстве своем неэффективным, поскольку эти устройства используются для локального обогрева рукава или соединительной головки и не обеспечивают обогрев всего рукава, а также удаление воды из него для последующей уборки рукавной линии механизированным способом в рукавный отсек.

Предлагаются различные способы и технические средства обеспечения работоспособности рукавов при отрицательны температурах («Руководство по организации материально-технического обеспечения Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий». Приложение №43 «Порядок эксплуатации пожарных рукавов», утверждено приказом МЧС России от 01.10.2020 №737). Руководством предписывается: «После окончания тушения пожара необходимо воду немедленно слить из напорных рукавов. Вмерзшие в лед напорные рукава следует отогреть паром, горячим воздухом или применять компресс из кошмы, смачиваемой горячей водой. Замерзшие рукава или участки рукавов можно поднести к выхлопной трубе пожарного автомобиля, в целях отогрева отработавшими газами, как рукавов, так и соединений соединительных головок. Перед складированием напорных рукавов, места сгибов необходимо оттаять. В случае сплошного промерзания напорных рукавов, сборку их проводить без сгибов и переломов, при этом перевозку их надо производить на грузовых автомобилях с прицепами или другим способом, не допуская механических повреждений, укладывая напорные рукава во всю длину.

При тушении пожаров в условиях низких температур необходимо использовать рекомендации заводов-изготовителей напорных рукавов.

Все перечисленные способы носят общий характер без конкретизации каким образом и с помощью каких технических средств или мобильной техники подавать горячий пар или воздух, тем более при тушении пожаров в удаленной местности с плохим состоянием дорог. Использование горячего пара или воздуха предусматривает отогрев внешней поверхности рукава, но не обеспечивается удаление из него воды. Использование горячего пара приводит к осаждению капель воды на поверхность рукава, которые могут замерзнуть после прекращения подачи пара. Компресс из кошмы обеспечивает локальный отогрев рукава».

В технической документации заводов-изготовителей также не содержится каких-либо конкретных рекомендаций (Формуляры Типсы).

Известно «Устройство для отогрева замерзших соединений пожарных рукавов» (авторское свидетельство СССР №895453 А62С 33/00, опубл. 07.01.1982). Указанное устройство является разновидностью использования выхлопных газов автомобиля. Его можно использовать в случае, если возможен свободный проход газов внутри рукавов. Замерзший рукав, одетый на выхлопную трубу может привести к остановке двигателя и выходу его из строя.

Иногда на практике применяются для локального отогрева отдельных участков рукавной линии, соединительных головок и другой рукавной арматуры факелы, паяльные лампы и пр. приспособления. Этот способ может привести к термическому повреждению рукавов.

При этом все перечисленные способы рассчитаны на применение для рукавов с внутренним диаметром до 150 мм и длиной не более 20 м (ГОСТ Р 51049-2008 «Техника пожарная. Рукава пожарные напорные. Общие технические требования. Методы испытаний»). Применять рукава с внутренним диаметром от 200 до 300 мм длиной 20 м не целесообразно, поскольку многократно увеличивается количество соединительных головок, что приводит к существенному увеличению массы рукавной линии и затрудняет, либо делает невозможным, механизированное свертывание и укладку рукавной линии в рукавный отсек НРК. Масса одного погонного метра рукава с внутренним диаметром 200 мм составляет 2,7 кг, с внутренним диаметром 300 мм - около 5 кг, что также делает невозможным применение указанных способов отогрева, например, способа отогрева путем поднесения к выхлопной трубе автомобиля.

Для рукавов с внутренним диаметром до 150 мм после их отогрева вручную проводят слив оставшейся воды, что невозможно для рукавов с внутренним диаметром 200-300 мм по причине их большой длины и массы.

Все указанные способы, за исключением отогрева путем использования выхлопных газов, обеспечивают локальный отогрев рукавной линии или отдельного рукава.

Известен саморегулирующийся электрический нагревательный кабель (патент на изобретение №2358416, МПК Н05В 3/56, опубл. 10.06.2009, бюл. №16).

Последовательный резистивный нагревательный кабель содержит нагревательный элемент, простирающийся в продольном направлении вдоль кабеля. Элемент содержит полупроводник, имеющий положительный температурный коэффициент. Нагревательный прибор содержит нагревательный элемент, проходящий в продольном направлении вдоль кабеля, причем элемент содержит полупроводник, имеющий положительный температурный коэффициент.

Способ изготовления последовательного резистивного саморегулирующегося нагревательного кабеля заключается в том, что используют нагревательный элемент, проходящий в продольном направлении вдоль кабеля. В способе изготовления нагревательного элемента используют последовательный резистивный саморегулирующийся кабель.

Данный способ подразумевает наличие дополнительного источника электропитания или внесение изменений в конструкцию электрической схемы НРК. Кроме того, внесение в конструкцию рукава токопроводящего провода ведет к удорожанию рукава и не обеспечивает удаление остаточной влаги после его применения. Кроме того, увеличивается гидравлическое сопротивление рукава. В связи с этим имеется практическая необходимость в удалении остаточной влаги из рукавов диаметром от 200 мм до 300 мм после применения в условиях отрицательных температур с одновременным отогревом их с целью восстановления гибкости и эластичности для свертывания и механизированной уборки в рукавный отсек НРК.

Известен способ удаления остаточной воды из промышленных рукавов различного назначения с внутренним диаметром от 200 мм до 300 мм, используя пыжи (поршни) цилиндрической формы, изготавливаемые из эластичных мягких материалов. Пыж сжатым воздухом от компрессора или другого нагнетательного устройства прогоняется по всему рукаву, заполняя внутреннее сечение рукава и вытесняя при движении жидкость из всего объема рукава [https://balticflex.ru/vspomogatelnoe-oborudovanie].

Известно устройство для очистки внутренней поверхности труб или нанесения на нее защитного покрытия, выполненное из упругого, эластичного, воздухонепроницаемого или водонепроницаемого цельного полнотелого или составного полнотелого материала, в частности из вспененного полиэтилена, имеющего цилиндрическую форму с выемками или канавками на его поверхности или без них предназначенное для очистки трубопроводов (патент ЕА005729 В1 МПК В08В 9/0553, опубл. 2005-06-30).

Недостатки известных способа и устройства заключаются в том, что пыж имеет температуру окружающей среды и не может обеспечить отогрев рукава после его применения. Кроме того, если в рукаве образовался лед или ледяная шуга, мягкий пыж может не пробить препятствие, остановится и задача не будет выполнена.

Известно устройство для удаления жидкости из трубопроводов (авторское свидетельство SU 1079216 А1 МПК A01G 25/00, опубл. 15.03.1984), принятое за прототип заявляемого способа. Устройство предназначено преимущественно для удаления жидкости из плоскоразворачиваемых шлангов и представляет собой пыж, выполненный в виде ступенчатого конуса с последовательно увеличивающимися диаметрами оснований, на большем из которых размещена манжета, диаметр которой равен внутреннему диаметру шланга. Такое устройство пыжа исключает повреждение внутренней поверхности плоскосворачиваемых шлангов. Пыж прогоняется по шлангу сжатым воздухом. На конце шланга устанавливается приемное устройство - ловитель, обеспечивающий сохранность пыжа при его выходе из шланга.

Рассмотренное устройство функционально наиболее подходит для механического вытеснения остаточной воды из внутреннего пространства рукава, принимающего плоскую форму после окончания транспортирования по нему воды, и не позволяет обеспечить отогрев рукава, поскольку пыж имеет температуру окружающей среды. При этом если пыж изготовлен из мягких материалов, то он также не сможет пробить образовавшийся в рукаве лед или ледяную шугу.

Заявляемый способ отогрева напорных рукавов больших диаметров при отрицательных температурах с одновременным удалением из них остаточной воды устраняет вышеперечисленные недостатки.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

Часть объема всего пыжа должна быть заполнена автономным источником тепла в виде «химической грелки». Работа таких грелок основана на использовании в их конструкции материалов, выделяющих тепло при запуске химической реакции путем изменения агрегатного состояния вещества наполнителя или введения катализатора. Выпускаются разновидности грелок для различных целей. Для запуска химической экзотермической реакции не требуется специальных приспособлений и знаний. Химические грелки используют, например, для обогрева рыбаки и альпинисты.

Длина пыжа цилиндрической формы должна равняться или быть не менее двух диаметров пыжа для предотвращения вращения пыжа и сохранении его формы при движении. Передняя торцевая стенка пыжа в виде конуса, пирамиды, полусферы или эллипсоида. Пыж с помещенной внутрь «химической грелкой» и двигающийся внутри рукава под давлением воздуха выполняет одновременно две функции - вытеснение остаточной воды и обогрев изнутри рукава по всей его длине. Химические грелки, помещаемые в пыж, могут быть в мягких упаковках различных размеров и форм. Они многоразового применения. Температура разогрева грелки может достигать от 50°C до 90°C и поддерживаться достаточно долгое время - от 30 минут и выше. Пыж обеспечивает передачу тепла к наружной поверхности за счет теплопроводности материалов не менее 0,3 Вт/(м⋅град). При необходимости, сбрасывая давление, создаваемое компрессором, или регулируя давление, возможно замедлять движение или останавливать пыж, дополнительно локально прогревая участки рукава.

Способ отогрева напорных рукавов больших диаметров при отрицательных температурах с одновременным удалением из них остаточной воды, включающий механическое вытеснение остаточной воды посредством применения пыжа, при этом, в качестве средства вытеснения воды и одновременного обогрева внутреннего пространства рукава используют пыж цилиндрической формы, выполненный с передней торцевой стенкой в виде конуса, пирамиды, полусферы или эллипсоида с помещенным внутрь автономным источником тепла в виде мягкой упаковки с наполнителем, выделяющим тепло при запуске химической реакции путем изменения агрегатного состояния вещества наполнителя или введения катализатора, обеспечивающий передачу тепла к его наружной поверхности за счет теплопроводности материалов не менее 0,3 Вт/(м⋅град).

Способ отогрева напорных рукавов больших диаметров при отрицательных температурах с одновременным удалением из них остаточной воды, включающий механическое вытеснение остаточной воды посредством применения пыжа, отличающийся тем, что в качестве средства вытеснения воды и одновременного обогрева внутреннего пространства рукава используют эластичный мягкий пыж цилиндрической формы, длиной не менее двух его диаметров, выполненный с передней торцевой стенкой в виде конуса, пирамиды, полусферы или эллипсоида с помещенным внутрь автономным источником тепла в виде мягкой упаковки с наполнителем, выделяющим тепло при запуске химической реакции путем изменения агрегатного состояния вещества наполнителя или введения катализатора, обеспечивающий передачу тепла к его наружной поверхности за счет теплопроводности материалов не менее 0,3 Вт/(м⋅град).