Водяные системы пожаротушения

Важную роль в системе защиты объектов от пожаров внесли появившиеся в конце XVIII века стационарные системы пожаротушения. Необходимость их появления обусловлена развитием промышленного производства[15]. Пожар на таких объектах развивался быстрее, чем пожарные приступали к тушению, и, как правило, заканчивался полным уничтожением помещений и оборудования. При этом даже оперативные действия пожарных подразделений (по тем временам) не могли ничего поделать с разбушевавшимся огнем. Подобная ситуация подсказала эффективное решение – оборудовать объекты водяными системами пожаротушения. Первым изобретателем стационарной установки водяного пожаротушения был инженер-гидротехник К.Д. Фролов. В 1769-1770 годы им был разработан проект и действующий макет прототипа установки водяного пожаротушения. Система, представляла собой несколько труб с небольшими отверстиями, прикрепленных к потолку и разделенных на секции (рис. 5) [9].

 

                       а)                                                                   б)

Рисунок–5 а) Первый изобретатель стационарной установки водяного пожаротушения Козьма Дмитриевич Фролов, б) схема расположения оросительных отверстий в перфорированном трубопроводе

Двигателем установки водяного пожаротушения конструкции К.Д. Фролова служило водоналивное колесо, приводящее в движение кривошипно-шатунный механизм(рис. 6). Последний жестко соединялся с поршнями двух всасывающих насосов, подававших воду в распределительный трубопровод, оборудованный перекрывными кранами. В случае пожара на концы стояков надевались «кожаные рукава» и открывался кран для подачи воды в очаг пожара. Внутри помещений размещались горизонтальные трубы с отверстиями для разбрызгивания воды по всему помещению.

 

Рисунок6 - Стационарная установка пожаротушения конструкции Фролова, 1770 год

 

Однако это изобретение не было применено на практике, проект был положен в архив, а конструкция так и не запатентована.

При разработке конструкций систем пожаротушения зданий и кораблей впервые было применено основное свойство спринклерной системы – автоматическая активация во время пожара. Открытие управляющих клапанов или распылительных отверстий в трубах производилось в результате расплавления пробок, выполненных из гуттаперчи, легкоплавкого металла или других составов, например, смеси воска, резины и стеарина, которые плавились при необходимой температуре. В некоторых патентах предлагались схемы с управлением клапанами с помощью веревок, которые сгорали в огне и автоматически открывали секционные клапаны (рис.7)[6].

Рисунок 7- Система управления секционными клапанами пожаротушения с помощью веревок, 1882 год

 

В США системы с перфорированными трубопроводами начали использоваться с 1852 года для защиты текстильных заводов. Легкая промышленность быстро развивалась, пожары на предприятиях были обычным явлением. Именно благодаря заказам от текстильных предприятий, спринклерные системы так быстро развивались. В поздних системах с перфорированными трубопроводами использовались отверстия диаметром 0,25 мм, размещенные на расстоянии в 220 мм друг от друга на обращенной к потолку стороне трубы. Таким образом, когда управляющие клапаны системы открывались, вода разбрызгивалась вверх, на потолок, откуда уже распределялась на пол[14].

В 1864 году, в Англии, Стюарт Харрисон представил свою конструкцию автоматического оросителя (рис.8). Он представлял собой пустую перфорированную конструкцию из меди круглой формы диаметром 2 или 3 дюйма. Сквозь медную конструкцию проходил шток, который удерживал на месте резиновую прокладку, закрывавшую отверстие в питающем трубопроводе. Сам шток удерживался на месте с помощью веревки. Когда огонь сжигал веревку, шток падал, открывая отверстие в питающем трубопроводе. Вода под давлением подавалась в круглую камеру оросителя и разбрызгивалась над очагом возгорания. Изобретенный Харрисоном спринклер был наиболее чувствительным для того времени, однако он не привлек должного внимания, возможно из-за начавшейся в США гражданской войны.

Рисунок 8- Конструкция оросителя Стюарта Харрисона

 

Генри Пармели из США, считается изобретателем первого коммерчески успешного спринклерного оросителя. Пармели владел фабрикой по производству пианино. После разрушительных пожаров в Чикаго в 1871 и в Бостоне в 1872, страховые взносы от пожаров резко возросли, и он задумался над автоматическим устройством, которое самостоятельно тушило бы пожар. Предварительный дизайн устройства был довольно сложным и включал в себя запорные клапаны, пружины, сгораемые нити и прочее (рис.9)[16].

 

Рисунок 9 - Конструкция спринклерного оросителя Генри Пармели. 1874 год (иллюстрация из патента)

 

Усовершенствованная версия оросителя 1878 года включала в себя вращающееся зубчатое колесо, которое разбрызгивало воду(рис. 10). Эта модель продавалась вплоть до 1882 года, к этому времени количество установленных спринклеров достигло величины в 200000. Основным инсталлятором была компания Фредерика Гринелла, «ProvidenceSteamandGasPipeCompany».

 

Рисунок 10 - Спринклер Генри Пармели с распределительным колесом

 

Окончательные изменения в конструкцию спринклерного оросителя Пармели были внесены Фредериком Гриннеллом. Он изменил присоединительную резьбу на ½, а также перенес запорное отверстие к трубе, чтобы отделить воду и чувствительный к температуре элемент спринклера, тем самым уменьшив время срабатывания.

В России установка спринклеров «Гриннель» началась с 1891 года. Работа по созданию автоматических установок водяного пожаротушения велась одновременно в нескольких направлениях[14]. В 1882 году Ф. Баром из Варшавы разрабатывается аппарат для «автоматического тушения и указания пожара». В нем открытие клапанов для выпуска воды в виде дождя осуществлялось с помощью электричества. Сигнал на клапаны поступал от датчика, выполненного в виде проводов, покрытых изолирующей массой. При повышении температуры эта масса расплавлялась, и концы проволок, соприкасаясь, замыкали электрическую цепь. Одновременно с этим замыкалась цепь электрического звонка и подавался сигнал тревоги[4]. В августе 1882 г. В. Ванкербергер из Брюсселя предложил использовать для тушения пожаров в фабричных помещениях пожаротушитель, чувствительным элементом которой являлась пластинка из набора металлов, обладающих различными коэффициентами расширения. При повышении температуры пластинка приводила в движение механическую тягу, посредством которой открывался кран паропроводной системы и включался звонок. По мнению автора, при высокой температуре в помещении можно было использовать стальную пластинку, удерживаемую в определенном положении с помощью легкосгораемой тесьмы или шнура, соединенных, в свою очередь, со шнуром, протянутым по всему помещению[8].

В этих устройствах видели надежную защиту от огня, и уже к 1895 году во всем мире насчитывалось свыше 3 млн. 250 тыс. спринклеров «Гриннель», под защитой которых находилось свыше 12 тысяч зданий с имуществом на сумму свыше 1 млрд. руб. по ценам того времени. Уже в начале XX века с помощью спринклерных установок в мире было предотвращено 15 тысяч пожаров [9].

К середине 20-х началу 30-х годов XX века были созданы отечественные автоматические установки водяного и пенного пожаротушения. В их создании большая заслуга принадлежит Центральной научно-исследовательской пожарной лаборатории (ЦНИПЛ, 1930 г.), переименованной в Центральный научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ЦНИИПО, 1937 г.), а с 1968 года во Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ВНИИПО). В настоящее время — Федеральное государственное учреждение (ФГУ) Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ВНИИПО) МЧС России.

В 1963 году в ЦНИИПО под руководством Е.Н. Иванова разработаны конструкции нескольких принципиально новых типов водооросителей, в том числе спринклеры с вогнутой и плоской розеткой типа, эвольвентный ороситель, диафрагменный ороситель (рис. 11). Спринклеры отличались повышенным радиусом орошения, который достигался за счет применения розетки большего диаметра со специальными щелями. Чувствительность спринклера была повышена за счет применения нового легкоплавкого замка, работающего на растяжение. Применение выносных рычагов существенно уменьшило теплопотери в корпусе спринклера, а также исключило экранирование замка корпусом или розеткой. Спринклеры были приняты к серийному производству.

 

Рисунок 11- Ороситель спринклерный с плавким элементом

Дальнейшие работы ЦНИИПО по усовершенствованию элементов спринклерно-дренчерных установок были связаны с разработкой быстродействующего запорно-сигнального клапана для дренчерных систем и новых типов водораспылителей с повышенной расчетной площадью и равномерностью орошения (1960 г.). Новый клапан отличался от существующих меньшей массой, универсальностью и простотой конструкции. Клапан был снабжен гидравлическим приводом с управлением при помощи побудителей различных типов.