Способ тушения пожаров роботизированными установками пожаротушения Российский патент 2023 года по МПК A62C37/09 A62C35/00 A62C2/24 

Изобретение относится к области пожаротушения и касается ликвидации пожаров на различных объектах с применением лафетных стволов с программным управлением, пожарных роботов и роботизированных установок пожаротушения на их основе.

Известны способы тушения пожаров, в которых используются лафетные стволы с программным управлением и пожарные роботы, см., например, патент RU 2684743 «Способ тушения пожаров на крупных резервуарах с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями» и патент RU 2758173 «Способ орошения несущих конструкций с контролем температуры нагрева на базе пожарных роботов».

Известные способы имеют ограниченное применение, т.к. связаны непосредственно с конкретными объектами и их технологическими особенностями и используют жестко установленные параметры пожаротушения, принятые для традиционных установок пожаротушения без учета технических возможностей роботизированных установок пожаротушения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ тушения по патенту № 2424837 «Роботизированный пожарный комплекс с полнопроцессной системой управления», содержащий роботизированную установку пожаротушения (РУП) на два и более пожарных робота, включающих в себя лафетный ствол с приводами вертикального и горизонтального наведения, насадок с приводом изменения угла распыливания струи, дисковый затвор с приводом, датчик давления и пульт управления, соединенные с блоком коммутации на входе, а на его выходе с устройством управления, в котором формируются управляющие команды по наведению ствола и пожаротушению, установленное на стволе устройство обнаружения загорания и теленаблюдения, соединенное с устройством цифровой обработки сигнала в ИК-диапазоне, адресные пожарные извещатели, соединенные с приемно-контрольным устройством.

Признаками, являющимися общими с предлагаемым способом, являются обнаружение и определение координат очага возгорания в защищаемой зоне, тушение очага возгорания по площади строчным сканированием в течение установленного времени.

Недостатки этого способа заключаются в том, что параметры тушения по расходу и времени не взаимосвязаны с защищаемой площадью и пожарной нагрузкой, определение окончания тушения по отсутствию горения во время тушения затруднено, сама же защищаемая площадь включает в себя также пламя над защищаемой площадью, образуемое при горении, приводящее к искажению координат и пролету струи, летящей по баллистической траектории над очагом возгорания, что снижает возможности более эффективного применения РУП.

В связи с указанными недостатками, техническая задача, решаемая с помощью изобретения, заключается в создании способа тушения РУП путём повышения эффективности процесса тушения за счет оптимизации параметров тушения при одновременном изменении известной технологии и устройств, применяемых для её реализации.

Технический результат, который может быть получен, - более эффективное тушение с оптимизацией расхода и времени, при соблюдении условия, при котором средняя интенсивность орошения i_ср при цикличном сканировании струей больше или равна нормативной интенсивности орошения i_н: i_ср > i_н на всей площади защищаемого объекта.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе тушения защищаемых объектов c использованием РУП путем подачи сканирующих струй огнетушащего вещества (ОТВ) от пожарных роботов на очаг возгорания проведена оптимизация параметров тушения при одновременном изменении технологии:

- параметр по установленному расходу РУП Q_у оптимизирован по условию необходимости и достаточности расхода, при котором средняя интенсивность орошения i_ср больше или равна нормативной интенсивности орошения i_н: i_ср>i_н на всей площади защищаемого объекта, при этом средняя интенсивность орошения i_ср определяется из расположенной на наиболее удаленном расстоянии R_э защищаемого объекта расчетной площади орошения S_р, включающей в себя площадь поверхности модельного очага S_мо в зависимости от группы помещений по пожарной опасности и площади погрешности наведения dS: S_р=S_мо+dS, при этом контролируется подача ОТВ на орошаемую площадь S_ор, включающую в себя площадь пожара S_п и площадь погрешности наведения dS: Sо_р=S_п+dS, с тем чтобы подача ОТВ не превышала расчетную площадь S_р: S_ор < S_р;

- параметр времени тушения t_т оптимизирован по пожарной нагрузке очага пожара G_п, которая принимается в зависимости от удельной пожарной нагрузки g для защищаемых помещений по группе пожарной опасности на площади пожара очага возгорания S_п: G_п=g×S_п и определяется по времени тушения ранга модельного очага с пожарной нагрузкой G_мо, ближайшей к пожарной нагрузке очага пожара G_п;

- площадь пожара очага возгорания S_п оптимизирована непосредственно по горящей поверхности, которая определяется по месту пересечения поверхности пожарной нагрузки защищаемого объекта, внесенной в базу данных устройства управления РУП, и очага возгорания по его координатам в трехмерной системе координат, определяемым устройством управления РУП по данным от устройств обнаружения загорания.

Данные технические решения по предлагаемому способу включают в себя все признаки, отличительные от признаков способа по прототипу.

Пожаротушение РУП, осуществляемое установленным расходом, а не обобщенным нормативным расходом, применяемым для традиционных установок пожаротушения, являющимся избыточным для РУП, контроль интенсивности орошения на всей защищаемой площади объекта путем контроля площади орошения S_ор по условию S_ор<S_р, значительное снижение времени тушения, определяемое по реальной защищаемой площади и пожарной нагрузке, а не нормативному времени, не учитывающему реальную обстановку на пожаре, более точное определение защищаемой площади по горящей поверхности пожарной нагрузки, а не всего факела пламени, значительно увеличивает эффективность тушения, уменьшает время тушения и ущерб от пожара.

Авторам не известны способы тушения, учитывающие возможности РУП, с отличительными признаками в соответствии с заявляемыми техническими решениями.

Изобретение отвечает требованиям новизны и положительного эффекта, а также критерию “существенные отличия”.

На фиг.1 представлена схема пожаротушения защищаемой зоны сканированием по площади загорания навесными струями воды, на фиг.2 – блок-схема роботизированной установки пожаротушения.

Новые подходы в технологии пожаротушения, основанные на применении пожарных роботов, значительно расширили технические возможности автоматических установок пожаротушения. Пожарные роботы формируют струи воды и пены и адресно подают их по воздуху на значительные расстояния на очаг возгорания. Весь расход огнетушащего вещества направляется на очаг возгорания, орошая площадь очага строчными струями, и обеспечивает высокую среднюю интенсивность орошения i_ср, позволяющую быстро подавлять огонь в ранней стадии развития пожара, что значительно снижает ущерб от пожара. Пожарный робот способен на главном направлении создать подавляющую огонь водопенную атаку, по интенсивности десятикратно превышающую традиционные системы. Сравнительная оценка технических показателей двух систем, отличающихся на порядок, показывает, и какие значительные возможности заложены в новых системах, отличающихся от традиционных с постоянными параметрами тушения. см. статью Ю. Горбань, М. Горбань, Е. Синельникова «Роботизированные установки пожаротушения – альтернатива традиционным водопенным системам пожаротушения» //Пожарная безопасность. – 2017. - №1. Стр. 60-66. Новый дифференцированный подход к определению параметров тушения РУП, учитывающий, что при установленном расходе Q_у для РУП при подаче ОТВ средняя интенсивность орошения i_ср меняется в зависимости от защищаемой площади S_защ. Базовым параметром при этом для всех установок пожаротушения в соответствии с требованиями Федерального закона "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" от 22.07.2008 N 123-ФЗ является нормативная интенсивность орошения на всей защищаемой площади, установленная для групп помещений по пожарной безопасности. Для РУП должно соблюдаться условие, при котором средняя интенсивности орошения i_ср должна быть больше или равна нормативной интенсивности орошения: i_ср>i_н на всей защищаемой площади. При этом средняя интенсивность орошения i_ср должна обеспечиваться при орошении на расчетной площади S_р, расположенной в наиболее удаленном участке защищаемой зоны на расстоянии эффективной дальности R_э. Расчетная площадь орошения S_р определяется в зависимости от площади поверхности модельного очага и погрешности наведения dS: S_р=S_мо+dS. Для РУП принят модельный очаг рангом А4 по ГОСТ Р 51017-2009 с площадью поверхности модельного очага S_мо=18 м² в соответствии с Программой и методикой по определению параметров ликвидации пожара роботизированными установками пожаротушения по стандарту организации СТО-ПМ 112/2014, утвержденным ВНИИПО МЧС РФ (см. статью: Мешман Л.М., Былинкин В.А., Горбань Ю.И. Актуальные проблемы навигации на очаг пожара пожарных роботизированных стволов в роботизированных установках пожаротушения. Часть 1. Предпосылки создания РУП и специфические особенности тушения пожаров ПРС // Пожаровзрывобезопасность. - 2019. - № 3, стр. 70-88). По данной программе проведены успешные сертификационные испытания РУП. Погрешность наведения dS определяется исходя из линейной погрешности dL, с учетом установленной по ГОСТ Р 53329-2009 для пожарных роботов угловой погрешности наведения d_а < 2 град: dL= d_а(2π·R_э/360) и для Q_у=20 л/с при R_э=50 м, составляет: dL= 1,7 м. R_э - наиболее удаленное расстояние от пожарного робота, при котором на расчетной площади S_р соблюдается условие эффективной подачи ОТВ с интенсивностью i_ср>i_н. Для оценочного расчета примем поверхность модельного очага в виде прямоугольника со сторонами 5×3,6: S_мо=18 м² = 5×3,6. Тогда, с учетом погрешности наведения S_р=(5+2×1,7)·(3,6+2×1,7)=58,8, принимается S_р=60 м². Для пожарных роботов с расходом Q_у=20 л/с показатели R_э=50 м и S_р=60м² подтверждены результатами гидравлических испытаний. Эти показатели входят в обязательные технические характеристики пожарных роботов. Результатом такого подхода является то, что задача обеспечения на всей защищаемой площади интенсивности орошения i_ср>i_н решается для 2 группы помещений по пожарной опасности установленным для РУП расходом Q_у=20 л/с, а не расходом 30л/с, применяемым для традиционных установок пожаротушения, что значительно уменьшает затраты на ОТВ, на стоимость насосной и электроподстанций при сохранении эффективности пожаротушения

При тушении с высокой интенсивностью орошения, значительно превышающей нормативную, время тушения t_т также значительно отличается от нормативного t_н и может быть определено по пожарной нагрузке G_п, в зависимости от удельной пожарной нагрузки g для защищаемых помещений по группе пожарной опасности и от площади пожара очага возгорания S_п: G_п=g·S_п. Модельные очаги по рангам, соответствующим пожарным нагрузкам, приведены в приложении Б ГОСТ Р 51017-2009, а данные по времени тушения модельных очагов установленным расходом определяются экспериментально и заносятся в базу данных. Так, например, модельный очаг рангом А4 с пожарной нагрузкой G_п=2402 МДж и площадью поверхности модельного очага 18 м² в соответствии с результатами огневых испытаний роботизированного пожарного комплекса, проведенными по Программе и методике испытаний (см. статью: Мешман Л.М., Былинкин В.А., Горбань Ю.И. Актуальные проблемы навигации на очаг пожара пожарных роботизированных стволов в роботизированных установках пожаротушения. Часть 1. Предпосылки создания РУП и специфические особенности тушения пожаров ПРС // Пожаровзрывобезопасность. - 2019. - № 3, стр. 70-88), был потушен менее чем за 8 мин, что существенно ниже нормативно установленного времени t_н=60 мин. Сокращение времени ликвидации пожара на одну минуту позволяет снизить ущерб от пожара в среднем на 300 р. в расчете на 1 м², см. раздел I Концепции Федеральной целевой программы «Пожарная безопасность в Российской Федерации на период до 2012 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 31.10.2007 г. № 1532-р.

При определении площади пожара очага возгорания S_п существенное значение имеет определение координат самой горящей поверхности, а не факела пламени.

Так, при наведении струи по баллистической траектории, например, см. фиг.1, из т. Y_о на очаг пожара в зоне Х_п, расположенный на расстоянии 15 м, при учете факела пламени Y_п2, струя будет пролетать над очагом на расстояние около 30 м. Поэтому существенное значение имеет определение координат самой горящей поверхности.

Предложенный способ тушения пожаров с оптимизацией параметров тушения рассмотрим на блок-схеме роботизированной установки пожаротушения, см. фиг. 2, содержащей пожарные роботы 1 (ПР), установленные на противопожарном трубопроводе 2. ПР 1 включает в себя лафетный ствол 3 с приводами вертикального и горизонтального наведения 4,5, насадок с приводом изменения угла распыливания струи 6, переносной пульт управления 7, установленный на вводе дисковый затвор с приводом 8 и установленный на выходе ствола перед насадкой датчик давления 9, соединенные с блоком коммутации 10, установленное на стволе устройство обнаружения загорания и теленаблюдения 11. В РУП входит устройство управления 12 с дисплеем, соединенное с блоком управления 10 по каналу связи 13, например, RS-485, через сетевой контроллер 14, приемно-контрольное устройство 15 с адресными пожарными извещателями 16, и устройство цифровой обработки сигнала в ИК-диапазоне 17, соединенное двухканальной телевизионной связью 18 (видеоканал и ИК-канал) с устройством обнаружения загорания и теленаблюдения 11, с видеоконтрольным устройством 19 и устройством управления 12, которое соединено с приемно-контрольным устройством 15, с блоком селекции горящей поверхности 20, в котором содержится база данных координат поверхности пожарной нагрузки защищаемого объекта, и с блоком контроля параметров тушения 21, содержащего данные об установленном расходе Q_у для ПР 1, входящих в РУП, о расчетной площади S_р, об эффективной дальности R_э, об удельной пожарной нагрузке защищаемых помещений g, данные по времени тушения t_т модельных очагов в зависимости от пожарной нагрузки G_мо. Расчетная площадь S_р включает в себя площадь поверхности модельного очага S_мо в зависимости от группы помещений по пожарной опасности и площади погрешности наведения dS: S_р=S_мо+dS, при этом при расчете погрешности dS учитывается линейная погрешность dL= d_а(2π·R_э/360), где d_а – угловая погрешность.

В дежурном режиме защищаемый объект находится под постоянным контролем адресных извещателей 16. При возникновении очага загорания в одной из контролируемых зон срабатывают адресные извещатели 16 и приемно-контрольное устройство 15 выдает адресный сигнал «Тревога» на устройство управления 12, которое затем выдает управляющие сигналы по каналу связи 13 на соответствующие блоки коммутации 10 РУП 1. Приводами вертикального и горизонтального наведения 4,5 стволы 3 наводятся на сектор защищаемой зоны. От устройства обнаружения загорания и теленаблюдения 11 видео- и ИК-сигналы поступают по двухканальной телевизионной связи 18 на устройство обработки видеосигнала 17. После программной обработки поступившей информации устройство 17 производит идентификацию очага возгорания, определяет его угловые координаты и размеры и выдает информацию в устройство управления 12. По данным, полученным от разных ПР 1, устройство управления 12 определяет координаты очага возгорания в системе координат 3D и направляет их в блок селекции 20, в котором по этим данным и по базе данных координат поверхности пожарной нагрузки защищаемого объекта вычисляются координаты горящей поверхности и размеры площади пожара очага возгорания S_п. Уточненные координаты площади пожара S_п поступают в блок контроля параметров тушения 21, в котором производится расчет площади орошения S_ор=S_п+dS, при этом при расчете погрешности dS учитывается линейная погрешность dL= d_а(2π·R/360), где d_а – угловая погрешность, R – расстояние до очага возгорания, при этом R<R_э. Производится сравнение площади орошения S_ор с установленной расчетной площадью S_р, при этом должно исполняться условие S_ор < S_р, из которого вытекает соблюдение базового условия по интенсивности орошения i_ср>i_н. Контроль соблюдения этих условий осуществляется на проектном этапе при определении защищаемой зоны на наиболее удаленном расстоянии R, в которой должно быть не более R_э: R< R_э. Если при пожаре штатные условия не соблюдаются, то РУП переходит в режим локального тушения. При ненарушении контрольных функций в устройство управления 12 поступает команда на тушение пожара, и оно формирует управляющие сигналы по каналу связи 13 о координатах очага возгорания S_п на соответствующие блоки коммутации 10 РУП 1. Приводами вертикального и горизонтального наведения 4,5 стволы 3 наводятся на очаг загорания, после чего устройство управления 12 подает команду «запуск» и посылает технологические команды на запуск насосной, отключение другого электрооборудования, на открытие дисковых затворов 8, на отработку программ пожаротушения. Пожаротушение больших площадей производится строчными струями с пошаговым перемещением строк и с повторением циклов. На небольших расстояниях и для небольших зон достаточно использовать расширенный факел струи. Наведение стволов на очаг загорания контролируется по баллистическим данным струи в зависимости от угла наклона и давления. Блок контроля параметров тушения производит расчет пожарной нагрузки G_п в зависимости от площади пожара очага возгорания S_п и удельной пожарной нагрузки g: G_п=g×S_п. Пожарная нагрузка очага пожара G_п сравнивается с пожарными нагрузками G_мо хранящимися по рангам в базе данных, в которых дана и информация о времени тушения модельных очагов. По выбранному G_мо, ближайшему к G_п, определяется время тушения с передачей данных и по его истечению подается команда в устройство наведения 12 о прекращении тушения и переходе в режим поиска загорания для выполнения контрольной функции наблюдения за объектом. При повторном обнаружении загорания устройство 17 определяет его координаты и передает их в устройство управления 12. Устройство 12 формирует управляющие сигналы РУП на пожаротушение повторного очага загорания.

Предлагаемый способ повышения эффективности тушения пожара роботизированными установками пожаротушения обеспечивает эффективное тушение за счет:

- оптимизации расхода по условию необходимости и достаточности для соблюдения базовых требований по интенсивности орошения на всей площади защищаемого объекта и их контроля в реальной обстановке;

- оптимизации времени тушения по пожарной нагрузке очага пожара с контролем пожарной обстановки и возможностью повторного тушения;

- оптимизации площади пожара очага возгорания, определяемой непосредственно по горящей поверхности.

Предлагаемый способ и устройство позволят:

- существенно снизить расход и уменьшить производительность пожарных насосов, сократив затраты предприятий на оборудование систем противопожарной защиты;

- существенно снизить время тушения, повысить точность наведения, сократить затраты на ОТВ и уменьшить ущерб от пожара.

Изобретение относится к области пожаротушения. Способ тушения пожаров роботизированными установками пожаротушения (РУП) включает обнаружение и определение координат очага возгорания в защищаемой зоне, тушение очага возгорания по площади строчным сканированием в течение установленного времени. Пожарными роботами формируют струи воды и пены и подают их на очаг возгорания с помощью устройства управления РУП. Наведение стволов на очаг возгорания контролируют по баллистическим данным струи в зависимости от угла наклона и давления. Выполняют оптимизацию параметров тушения РУП по самой горящей поверхности с помощью блока контроля параметров тушения, содержащего данные об установленном расходе Q_у для пожарного робота, о расчетной площади S_р, об эффективной дальности R_э, об удельной пожарной нагрузке защищаемых помещений g, данные по времени тушения t_т модельных очагов в зависимости от пожарной нагрузки G_мо. Параметр по установленному расходу РУП Q_у оптимизируют по условию необходимости и достаточности расхода. Средняя интенсивность орошения i_ср поддерживается больше или равна нормативной интенсивности орошения i_н: i_ср>i_н на всей площади защищаемого объекта. Среднюю интенсивность орошения i_ср определяют из расположенной на наиболее удаленном расстоянии R_э защищаемого объекта расчетной площади орошения S_р, включающей в себя площадь поверхности модельного очага S_мо в зависимости от группы помещений по пожарной опасности и площади погрешности наведения d_S: S_р=S_мо+d_S. Контролируют подачу огнетушащего вещества (ОТВ) на орошаемую площадь S_ор, включающую в себя площадь пожара S_п и площадь погрешности наведения d_S: S_ор=S_п+d_S, с тем чтобы подача ОТВ не превышала расчетную площадь S_р: S_ор < S_р. Достигается технический результат – повышение эффективности тушения за счет оптимизации параметров тушения. 2 ил.

Способ тушения пожаров роботизированными установками пожаротушения (РУП), включающий обнаружение и определение координат очага возгорания в защищаемой зоне, тушение очага возгорания по площади строчным сканированием в течение установленного времени, для чего пожарными роботами формируют струи воды и пены и подают их на очаг возгорания с помощью устройства управления РУП, отличающийся тем, что

наведение стволов на очаг возгорания контролируют по баллистическим данным струи в зависимости от угла наклона и давления,

выполняют оптимизацию параметров тушения РУП по самой горящей поверхности с помощью блока контроля параметров тушения, содержащего данные об установленном расходе Q_у для пожарного робота, о расчетной площади S_р, об эффективной дальности R_э, об удельной пожарной нагрузке защищаемых помещений g, данные по времени тушения t_т модельных очагов в зависимости от пожарной нагрузки G_мо, а также датчика давления, устройства обнаружения загорания и теленаблюдения, блока селекций горящей поверхности, в котором содержится база данных координат поверхности пожарной нагрузки защищаемого объекта,

параметр по установленному расходу РУП Q_у оптимизируют по условию необходимости и достаточности расхода, при котором средняя интенсивность орошения i_ср больше или равна нормативной интенсивности орошения i_н: i_ср>i_н на всей площади защищаемого объекта,

среднюю интенсивность орошения i_ср определяют из расположенной на наиболее удаленном расстоянии R_э защищаемого объекта расчетной площади орошения S_р, включающей в себя площадь поверхности модельного очага S_мо в зависимости от группы помещений по пожарной опасности и площади погрешности наведения dS: S_р=S_мо+dS,

при этом контролируют подачу огнетушащего вещества (ОТВ) на орошаемую площадь S_ор, включающую в себя площадь пожара S_п и площадь погрешности наведения dS: S_ор=S_п+dS, с тем чтобы подача ОТВ не превышала расчетную площадь S_р: S_ор < S_р.